Het klinkt als science fiction. Gegevens opslaan in DNA. Toch is het in de nabije toekomst mogelijk. Hoogleraar Tom de Greef verwacht dat het eerste DNA-datacentrum er binnen vijf tot tien jaar staat.
De technologie schrijft gegevens niet in nullen en enen naar een harde schijf, maar in de basenparen AT en CG waaruit DNA is opgebouwd. Een datacentrum is dan een lab geworden, vele malen kleiner dan nu. De Greef ziet het al helemaal voor zich. In een deel van het gebouw worden nieuwe bestanden gecodeerd via DNA-synthese. In een ander deel liggen grote velden aan bolletjes. Met in elk bolletje een bestand verpakt.
We hebben het dan over synthetisch DNA. In het lab worden de basen in een bepaalde volgorde aan elkaar geplakt tot synthetisch aangemaakte DNA-strengen. De bestanden en foto’s die nu in datacentra zijn opgeslagen, worden dan in DNA opgeslagen. Vooralsnog is de techniek alleen geschikt voor archiefopslag. Het uitlezen van opgeslagen gegevens is namelijk erg duur, waardoor je de bestanden zo min mogelijk wilt raadplegen.
Grote en energieslurpende datacentra overbodig
Dataopslag in DNA biedt vele voordelen. Een bestand kan bijvoorbeeld veel compacter worden opgeslagen en ook de levensduur van de gegevens is vele malen langer. Maar het belangrijkste is misschien wel dat deze nieuwe techniek grote en energieslurpende datacentra overbodig maakt. En dat is hard nodig. “Want over drie jaar genereren we mondiaal zoveel data, dat we de helft ervan niet meer kunnen opslaan”, waarschuwt De Greef.
Samen met promovendus Bas Bögels, een groep universitaire partners en Microsoft ontwikkelde de Greef een nieuwe techniek om dataopslag met synthetisch DNA schaalbaar te maken. De resultaten zijn inmiddels gepubliceerd in het journal Nature Nanotechnology.
De Greef werkt bij de faculteit Biomedical Engineering en het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen (ICMS) aan de TU Eindhoven en is gasthoogleraar aan de Radboud Universiteit.
chaalbaar
Het idee om DNA-strengen te gebruiken voor dataopslag kwam op in de jaren 80, maar was toen nog veel te duur en te moeilijk. Drie decennia later werd het technisch mogelijk, toen DNA-synthese voet aan de grond zette. George Church, een geneticus aan de Harvard Medical School, werkte het idee in 2011 verder uit. Inmiddels is de synthese en het uitlezen van de gegevens exponentieel goedkoper geworden, waardoor de technologie eindelijk geschikt wordt om op de markt te brengen.
Elk bolletje bevat 1 bestand
De groep van De Greef ontwikkelde een microbolletje van eiwitten en een polymeer, waar ze vervolgens per bolletje één streng van basenparen – dus één bestand – aan vast kunnen hechten. De Greef: “Die bolletjes hebben thermische eigenschappen, die we in ons voordeel kunnen gebruiken.” Boven de 50 graden Celsius sluiten de bolletjes zichzelf af. Dit voorkomt de kans op corruptie. Verlaag je de temperatuur daarna weer, dan komen de kopieën los uit het bolletje en blijft het vast gehechte origineel zitten. Zo gaat de kwaliteit van je originele bestand niet achteruit. De Greef: “We zitten nu op een verlies van 0,3 procent na drie keer uitlezen, vergeleken met 35 procent bij de huidige methode.”
Doorzoekbaar met fluorescentie
En dat is niet het enige. De Greef maakte de bibliotheek aan gegevens ook nog makkelijker doorzoekbaar. Elk bestand krijgt namelijk een fluorescent label, elk bolletje een eigen kleur. Een apparaat kan de kleuren vervolgens herkennen en onderscheiden van elkaar.
Het probleem van het uitlezen van de gegevens is daarmee opgelost. De Greef: “Het is nu nog wachten tot de kosten van DNA-synthese verder naar beneden gaan. Dan is de techniek klaar om toegepast te worden.” Hij hoopt dan ook dat Nederland binnenkort zijn eerste DNA datacentrum kan openen. Een wereldprimeur.
