DNA untuk Penyimpanan Data Masa Depan
Para peneliti di Universitas Tianjin telah memelopori perpaduan biologi sintetis dan teknologi informasi untuk penyimpanan data yang lebih efisien.
Di tengah pesatnya digitalisasi, manusia menghasilkan jutaan
gigabyte data setiap hari. Volume data global akan mencapai sekitar 180
zettabytes (di mana 1 ZB adalah 1012 GB) pada tahun 2025. Menemukan solusi
penyimpanan yang ekonomis untuk sejumlah besar data merupakan tantangan besar.
Untuk mengatasi teka-teki, Yingjin Yuan, seorang profesor
teknik biokimia di Universitas Tianjin, beralih ke asam deoksiribonukleat (DNA)
dan telah merancang kromosom buatan ragi sebagai solusi potensial.
“DNA telah berevolusi untuk menyimpan sejumlah besar
informasi dengan kepadatan yang sangat tinggi, dan juga sangat stabil. Kromosom
manusia terbesar membawa hingga 250 juta pasangan basa DNA. Jika data dapat
disimpan pada setiap pasangan basa, semua data di dunia secara teoritis dapat
dimasukkan ke dalam cangkir kopi,” kata Yuan.
Ragi, mikroorganisme sel tunggal, biasanya memiliki 16
kromosom. Menggunakan teknik biologis sintetis, tim Yuan telah merancang dan
mensintesis kromosom ragi ekstra dalam sel hidup. Mereka menggunakan skema
pengkodean koreksi kesalahan yang cerdas menggunakan kode pemeriksaan paritas
densitas rendah (LDPC) yang tersebar - metode transmisi pesan melalui saluran
transmisi yang bising, dan urutan acak semu. Kemudian file digital dikodekan
menjadi kata sandi, dan selanjutnya ditranskode menjadi potongan DNA sintetis.
Akhirnya, potongan DNA ini dirakit menjadi kromosom buatan.
Dengan pendekatan ini, kromosom buatan dirancang untuk
membawa 254 kilobase (1kb = 1.000 basa) DNA. Tim telah berhasil menyimpan dua
gambar dan satu video di dalamnya, dan data yang disandikan menempati lebih
dari 95% dari urutan1. “Pekerjaan kami menembus batas penyimpanan data DNA saat
ini yang hanya beberapa ribu basis per genom,” kata Yuan.
Dapat direplikasi sendiri
Kromosom pembawa data dapat direplikasi secara stabil dalam
ragi untuk beberapa pengambilan. Dengan replikasi diri DNA dalam tubuh sel,
informasi digital dapat diperkuat secara eksponensial sebelum data dibacakan
dengan sequencer nanopore.
Tim Yuan mendemonstrasikan stabilitas mode penyimpanan DNA
ini dengan mentransmisikan kromosom pembawa data ke generasi ke-100.
Transkripsi kromosom aktif sementara tidak ada protein baru yang diterjemahkan,
dan pertumbuhan ragi tidak terpengaruh secara signifikan2.
“Penyimpanan data digital DNA memiliki keunggulan kepadatan
penyimpanan yang tinggi, waktu penyimpanan yang lama, dan konsumsi energi yang
rendah,” kata Yuan. “Potensi densitas penyimpanan DNA 10 juta kali lipat dari
media tradisional seperti hard disk dan kaset. Penyimpanannya dapat bertahan
lebih dari 1.000 tahun pada suhu kamar, dan dapat mengurangi konsumsi energi
hingga 1.000 kali lipat dibandingkan dengan pusat data saat ini.”
Namun, penyimpanan DNA saat ini menghadapi banyak tantangan,
seperti biaya tinggi untuk sintesis DNA, dan kecepatan baca dan tulis yang
lambat. Beberapa terobosan teknologi kunci sangat penting, termasuk merancang
kode yang beradaptasi dengan media DNA, pada jenis media DNA apa, dan bagaimana
membaca data dengan lebih baik dan lebih cepat.
Tim Yuan sedang mencari untuk memecahkan tantangan sintesis
genom, seperti desain komprehensif genom mikroba, sintesis DNA throughput
tinggi, dan perakitan kromosom yang efisien. “Kami akan melanjutkan penelitian
kami untuk mencapai sintesis DNA skala besar yang sangat murah untuk
penyimpanan data hijau.”
References
Chen W, Han M and Zhou J et al., Natl Sci Rev 2021; 8:
nwab028.
Zhou J., Zhang C., Wei R. et al., Sci. China Life Sci 2022;
65: 851–860.
No comments