Българин разработва ДНК "компютър", който съхранява милиони гигабайти за хилядолетия

Професор Орлин Велев работи в САЩ от над 20 години. Той е част от екип, който отваря вратата към превръщането на ДНК в център за данни

Снимка: iStock by Getty Images/ North Carolina State University

Българин разработва ДНК "компютър", който съхранява милиони гигабайти за хилядолетия

14:22 | 29 август 2024 | Редактор : Стоян Гогов 21 7192 Снимка: iStock by Getty Images/ North Carolina State University

Роден в България учен стои в основата на нова технология, която може да съхранява петабайти данни в ДНК за хиляди или дори милиони години. Системата също така може да обработва данни, като демонстрира способността си да решава судоку пъзели. Разработката отваря вратата за създаването на пълнокръвен ДНК "компютър", пише NewAtlas.

Всяка клетка в тялото на човек може да съхранява около 800 MB данни, а един възрастен има трилиони клетки. Този потенциал е осъзнат от учените отдавна, като по думите им "всеки от нас е ходещ, говорещ, супер-плътен център за данни". Но досега е било почти невъзможно този потенциал да се използва. Причината?

ДНК е доста крехка за работа - трудно е да се записва, чете, прехвърля и обработва информация върху нея. Но група учени твърди, че е разработила система, която може да реши тези проблеми. Един от авторите ѝ е професор Орлин Д. Велев. Роденият в Пловдив учен завършва Софийския университет през 1989 година, като след това записва докторантура там и по-късно специализира в Япония.

През 1996 г. Велев приема постдокторска позиция в Департамента по химическо инженерство на Университета на Делауеър, САЩ. Той инициира новаторска програма в колоидно сглобяване и наноматериали. По-късно ученият продължава разработките си в Държавния университет на Северна Каролина, където днес е изтъкнат професор.

Българинът е автор на над 240 публикации, които са цитирани повече от 37 000 пъти. Велев има впечатляващи постижения в областта на колоидите и наноструктурите с електрическа и фотонна функционалност, биосензори, микрофлуиди и нанопроизводство.

Орлин Велев е първият, който синтезира "обратни опали", един от най-широко изучаваните видове фотонни материали днес. Той също е пионер в техниките за създаване на нови материали от наночастици, частици Janus, частици, подобни на пръчки, и чувствителни пени.

Именно професор Велев намира начин за отключване на потенциала на ДНК за съхранение и анализ на данни.

В ролята на "ключа" е мек полимерен материал, който действа като скеле за ДНК. Той може да бъде дехидратиран за дългосрочно съхранение и рехидратиран за извличане на информацията.

"Конкретно, ние създадохме полимерни структури, които наричаме дендриколоиди - те започват на микрониво, но се разклоняват йерархично, за да създадат мрежа от наномащабни влакна," разказва Велев.

"Тази морфология създава структура с висока повърхностна площ, което ни позволява да депозираме ДНК сред нанофибрилите, без да жертваме плътността на данните, която прави ДНК привлекателна за съхранение на данни", допълва изследователят.

Техниката позволява данните да бъдат съхранявани с невероятно висока плътност - 10 PB на кубичен сантиметър. Казано по друг начин, това са 10 милиона GB в пространство с размер на кубче захар.

Дендриколоидът може да задържа файлове по-добре от "голата" ДНК и може да издържи повече от 170 цикъла на дехидратация/рехидратация в сравнение с 60 цикъла при голата ДНК.

Както и други техники за съхранение на данни на ДНК, тази също би могла да бъде подходяща за дългосрочно, архивно съхранение.

Изследователите прогнозират, че ДНК, съхранявана върху техните полимерни нанофибрили, би имала полуживот от около 6000 години при температура на хладилник от 4°C и невероятни 2 милиона години, ако е замразена при -18°C.

За да се запишат данни върху ДНК, алгоритмите първо ги преобразуват в последователности от нуклеинови киселини - познатите букви ACGT от ДНК кода.

Специфични части от информацията могат да бъдат извлечени с помощта на РНК молекули, които копират данните от ДНК, след което тази РНК се секвенира. Това означава, че не е нужно да унищожавате ДНК, за да четете данни от нея.

Новата система също така позволява изчисления директно в ДНК, използвайки ензими. Това беше демонстрирано чрез решаване на опростени задачи на шах и судоку в размер 3x3.

"Способността да се различава ДНК информацията от нанофибрите, върху които е съхранена, ни позволява да извършваме много от същите функции, които могат да се изпълнят с електронни устройства," каза Кевин Лин, съавтор на изследването.

"Можем да копираме ДНК информация директно от повърхността на материала, без да увреждаме ДНК. Също така можем да изтриваме целеви парчета ДНК и след това да записваме отново върху същата повърхност, като изтриване и презаписване на информация на твърд диск. Това на практика ни позволява да изпълняваме пълния обхват на функции за съхранение и изчисление на ДНК данни."

Това може да проправи пътя не само за съхранение на данни на ДНК, но и за пълнокръвни ДНК компютри.

Изследването е публикувано в списание Nature Nanotechnology.

Интересен факт е, че синът на професор Орлин Велев е един от тримата българи в SpaceX. Орлин Велев-джуниър участва в тестовете и разработката на космическия кораб Dragon.

ИЗБРАНО