Исследователи из Шанхайского университета Цзяотун и Китайской академии наук предлагают хранить цифровую информацию в молекулах с искусственными основаниями, изменёнными сахарами и даже зеркальной структурой. Такие модифицированные нуклеиновые кислоты потенциально превосходят обычную ДНК по плотности записи, долговечности и функциональности.
Обычная ДНК работает с четырьмя основаниями: A, T, G и C. При прямом кодировании такого алфавита на один нуклеотид приходится максимум 2 бита информации. Искусственная система AEGIS расширяет набор до 12 символов, что увеличивает ёмкость до 3,58 бита на позицию. Плотность памяти растёт не за счёт уменьшения физического размера, а благодаря добавлению новых «букв» молекулярного алфавита.
Другой подход изменяет не сами основания, а молекулярный каркас. Синтетические аналоги вроде TNA и HNA менее подвержены разрушению ферментами и лучше переносят агрессивную химическую среду. Особенно интересна L-DNA — зеркальная копия естественной ДНК. Большинство природных ферментов эволюционировали для взаимодействия с молекулами противоположной хиральности, поэтому нуклеазы хуже распознают и разрушают L-DNA.
Зеркальная структура даёт дополнительное преимущество. L-DNA почти не взаимодействует с обычными ДНК и РНК, что открывает возможности для молекулярной стеганографии. Данные можно спрятать среди биологического материала так, чтобы стандартные методы анализа их не обнаружили без специальных реагентов.
Новые молекулы адресуют главный недостаток существующих ДНК-хранилищ. Природная ДНК обладает огромной плотностью записи, но разрушается под действием нуклеаз, ультрафиолета, экстремального pH и некоторых химических веществ. Защитные капсулы частично решают проблему, однако встроенная устойчивость прямо в молекулу даёт больше гибкости.
От теории до практического применения в дата-центрах остаётся ещё далеко. Синтез нестандартных нуклеотидов дорог, большинство обычных полимераз не копируют искусственные основания и изменённые каркасы, а современные секвенаторы плохо различают расширенный алфавит. Одним из многообещающих решений учёные считают нанопоровое чтение с новыми алгоритмами распознавания сигналов.
Новое направление работает не с превращением биологической ДНК в экзотический аналог магнитной ленты. Химики конструируют собственные молекулярные носители, где можно независимо настраивать плотность записи, срок хранения, устойчивость к среде и даже скрывать информацию от стандартных биологических инструментов.
