Vi erbjuder
Nick Goldman har en examen i matematik och disputerade 1992 med en avhandling i molekylärbiologi.

DNA lagrar data när hårddisken blir full

Han har sparat Shakespeares sonetter och Martin Luther Kings tal i konstgjort DNA. Den brittiske biologen Nick Goldman tror sig ha funnit framtidens lagringsmedium.

Publicerad: Uppdaterad:

egnet hänger i luften när vi släpps in på European Bioinformatics Institute, EMBL-EBI, i Hinxton. Det högteknologiska centret, som känns en aning malplacerat där det ligger utkastat på den brittiska landsbygden, skulle kunna beskrivas som ett dygnet runt-öppet bibliotek.
Hit skickas molekylärbiologisk forskningsdata som lagras och tillgängliggörs så att andra forskare kan få nytta av den. Men de senaste åren har mängden data som skickats till Hinxton ökat exponentiellt. Samma sak kan sägas om den totala mängden information som sparas på hårddiskar runt om i världen.
När Nick Goldman, molekylärbiolog och forskningsledare på EMBL-EBI, i en studie för några år sedan räknade ut att vi om 150 år kommer att behöva ett extra jordklot bara för att kunna härbärgera alla hårddiskar väcktes tanken på alternativa lagringsmetoder.

Avancerad kod

På en hotellbar i Hamburg kom plötsligt idén. Borde man inte kunna lagra digital information i DNA? Under tre år arbetade Nick Goldman och hans forskargrupp med att utveckla den avancerade koden. När programmeringsarbetet var klart valde teamet ut fem filer som skulle sparas i konstgjort DNA.
Valet föll på en textfil med 154 Shakespeare-sonetter, en 26 sekunder lång ljudfil med delar av Martin Luther Kings berömda ”I have a dream”-tal, en pdf-fil med James Watsons och Francis Cricks artikel om DNA-molekylens struktur samt en jpeg-bild föreställande EMBL-EBI:s högkvarter. Dessutom sparades en textfil som klargjorde hur koden skrivits och hur informationen skulle läsas.
När allt var klart skickades koden till ett amerikanskt företag som specialiserat sig på att skriva artificiellt DNA. Efter några veckor kom ett provrör med en knappt synbar partikel i retur. Det minimala kornet innehöll DNA-sekvenserna som forskarna sedan lyckades läsa tillbaka till sina ursprungliga filformat med en träffprocent på mellan 99,9 och 100.
– Om man sparade hela världens samlade digitala information i DNA hade lådorna med provrör rymts i bakluckan på en mindre skåpbil, säger Nick Goldman.

Färgglada legoklossar

Vi träffar honom och forskarkollegan Paul Bertoni i ett sammanträdesrum på EMBL-EBI. Sedan Nature publicerade deras artikel 2013 har intresset från omvärlden varit enormt. Nick Goldman tar fram en låda färgglada legoklossar för att illustrera experimentet.
Lite förenklat kan man säga att forskarna konverterade de digitala filernas binära ettor och nollor till DNA-molekylens byggstenar: adenin, tymin, cytosin och guanin. Sedan hackades spiralerna upp i mindre bitar.
För att veta hur dessa förhöll sig till varandra skapades ett system som, genom noggrann indexering, band samman de olika bitarna i en lång hypotetisk DNA-kedja. Nick Goldman, som till vardags arbetar med evolutionsbiologisk forskning, menar att DNA är det i särklass bästa mediet för långsiktig informationslagring.
– Jag har studerat mammut-DNA och häst-DNA som är tusentals år gammalt. Även om det inte förvaras i labbmiljö, utan kommer från en urtidshäst som frös ihjäl i Sibirien, är det stabilt under en extremt lång tid, säger han.

Extremt dyrt i dag

Även lagringsdensiteten är häpnadsväckande. Om man skalade upp Nick Goldmans experiment skulle man få plats med cirka 2,2 petabyte data per gram konstgjort DNA. Det motsvarar cirka 468 000 dvd-skivor.
Men vad är då haken? Tja, det finns ett par stycken. Att skriva digital information i DNA är extremt dyrt. Den knappa megabyte information som Goldmans forskargrupp skrev kostade cirka 110 000 kronor. Sedan tillkom kostnaderna på cirka 2 000 kronor för att läsa tillbaka DNA-sekvenserna.
Men Nick Goldman och Paul Bertoni är övertygade om att kostnaderna kommer att kapas dramatiskt när fler aktörer ger sig in på marknaden. Men priset är inte den enda hämskon. När digital information väl skrivits i DNA går det inte att göra några ändringar eller uppdateringar, exempelvis i en text.

Mindre plats

En annan nackdel är att informationsbärande DNA förstörs i samband med avläsningen. Nick Goldman är övertygad om att vidare forskning kommer att mynna ut i en avläsningsteknik som inte är lika ”destruktiv”.
Vi följer med till institutets datacenter som rymmer drygt 40 petabyte data. Bakom glasrutor syns hårddiskar från golv till tak. En avancerad kylanläggning ser till att hålla hårddiskarna rätt tempererade.
– Informationen som lagras här hade rymts i 18 gram DNA, säger Nick Goldman.
Det är inte orimligt att hårddiskarna kommer att gå i graven precis som disketterna och cd-skivorna. Nick Goldman är övertygad om att DNA kan bli en seriös utmanare. Han tror inte det dröjer länge förrän privatpersoner, myndigheter och statliga arkiv börjar spara värdefulla dokument och bilder i konstgjort DNA.

Som frövalvet på Svalbard

På längre sikt tror han att världssamfundet kommer att skapa en bank med värdefull information sparad i DNA. Han drar paralleller till det globala frövalvet på Svalbard där kopior av världens viktigaste matgrödor förvaras i ett utsprängt valv. Tillsammans med en kollega har Nick Goldman redan börjat göra skisser på hur ett DNA-valv hade kunnat utformas.
– Så länge vi bygger valvet på ett tryggt ställe och lämnar instruktioner om principen och koden så kommer mänskligheten, förr eller senare, att kunna läsa det. Även efter en imaginär apokalyps, säger Nick Goldman.

 

Text: Johan Joelsson
Foto: Jonatan Jacobson