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Memoria del DNA: ad Harvard inseriti 700 TB di dati in un grammo di DNA

Memoria del DNA

La memoria del DNA può contenere una mole di dati davvero sorprendente, tanto che un bioingegnere ed un genetista del Wyss Institute di Harvard sono riusciti ad inserire circa 700 terabyte di dati in un solo grammo di codice genetico. Gli autori di questa ricerca sono George Church e Sri Kosuri, i quali hanno trattato il DNA come un dispositivo di memoria digitale. Vediamo nel dettaglio cosa hanno fatto.

Memoria del DNA e valori binari

Invece di codificare dati binari come regioni magnetiche sul piatto di un disco rigido, sono stati sintetizzati dei filamenti di DNA che contengono 96 bit di dati l’uno, con ognuna delle basi (TGAC) che rappresenta un valore binario (T e G =1, A e C =0).
Per leggere i dati salvati nel DNA, bisogna semplicemente porli in sequenza, come si fa con il genoma umano, e convertire ognuna delle basi TAGC in valori binari. Per avere un aiuto con la sequenza, ogni filamento di DNA è dotato di un blocco di indirizzamento da 19 bit all’inizio.
In questo modo, un’intera struttura di DNA può essere messa in sequenza senza alcun ordine, per poi essere riorganizzata in dati utilizzabili per mezzo degli indirizzi.

Perché il DNA è considerato un buon supporto di memorizzazione

I motivi principali possono ricondursi alla sua forma, cioè è volumetrico anziché bidimensionale come un hard disk; alla sua densità molto alta, visto che è possibile immagazzinare un bit per ogni base larga solo pochi atomi; alla sua stabilità e resistenza, che gli permettono di resistere per anni (nell’ordine di centinaia di migliaia) in una semplice scatola, mentre gli altri dispositivi con le stesse caratteristiche necessitano di essere tenuti in condizioni ottimali.

Gli sviluppi con i lab-on- a-chip

Se ora il DNA viene trattato alla stregua di un dispositivo di memorizzazione è grazie ai recenti sviluppi ottenuti con gli avanzamenti della microfluidica e dei lab-on-a-chip, cioè dei dispositivi che permettono lo svolgimento di funzioni da laboratorio in un chip dalle dimensioni ridotte (si parte da pochi millimetri per arrivare a qualche centimetro quadrato). Adesso la sintesi e il sequenziamento del DNA è una pratica piuttosto comune e analizzare un singolo genoma umano (qualcosa come 3 miliardi di coppie base di DNA) richiede qualche ora. Certo, l’immagazzinamento di dati sul DNA resta comunque un’operazione più lenta rispetto a quelle dei classici dispositivi, ma nel lungo periodo, e per quantità considerevoli, può essere ritenuto un’ottima alternativa.

Facciamo due conti

Un grammo di DNA, come detto, può contenere fino a 700 terabyte di dati, che corrispondono a 14.000 dischi Blu-ray da 50 GB, oppure ad oltre 200 hard disk da 3 TB; insomma, a livello di ingombro e di peso stiamo parlando di una differenza abissale. Questa scoperta aprirebbe degli scenari assolutamente nuovi, con dati che non necessitano di essere cancellati per far spazio ad altri, o ancora sarà possibile compiere operazioni mastodontiche, come quella di salvare le immagini di ogni metro quadro della terra. Bè, questa non è poi una bella notizia, visto che così si incoraggiano gli spioni satellitari.

I dati a portata di pelle

Un’ultima cosa degna di nota è la possibilità, paventata dai ricercatori, di immagazzinare dati nel DNA di cellule viventi, benché per un periodo limitato di tempo. Ci troveremo di fronte a delle specie di Johnny Mnemonic (ricordate il film), dei traghettatori di memoria? Improbabile, almeno per ora a livello pratico.

Il potenziale dell’immagazzinamento dati nel DNA potrebbe risiedere anche in un obiettivo che a molti è sfuggito, cioè una macchina a DNA di lettura/scrittura; questo potrebbe aprire nuove strade verso una migliore comprensione della nostra genetica.

C’è chi ha reagito a questa scoperta con entusiasmo, chi con stupore e chi con un certo timore, visto che la questione dei virus non è stata affrontata. Trovandoci ancora in uno scenario probabilistico le teorie sono tante e diverse, così che qualcuno ci ha anche scherzato su, chiedendosi se, in caso, di codifica di virus, sia necessario un medicinale o un antivirus per computer!

Il concetto di DNA sintetico è sicuramente interessante, ma torniamo un attimo a considerare il DNA naturale. Questo attiva o disattiva ogni funzione di cui è dotato il nostro corpo, e allo stesso tempo configura le caratteristiche dell’organismo. Introducendo una versione sintetica di DNA in un organismo vivente si potrebbe, in linea teorica, alterare la sequenza del DNA naturale già presente.

Quindi, la morale è la seguente: abbiamo abbastanza conoscenze, e se sì, abbastanza senso etico, da poterci permettere di introdurre del DNA sintetico in uno naturale? Tutto ciò può anche sembrare fantascientifico (da serie TV), ma se dai piani alti decidessero di creare un’arma umana stile Manchurian Candidate, pensate sia impossibile? Se riescono ad inserire una tale mole di dati in un grammo di DNA, non sarebbe plausibile aggiungere delle sequenze codificate da attivare in determinati momenti ed ottenere così una reazione voluta e pianificata, alterando il naturale DNA?

 

Qualcuno ha un’opinione in merito?

 

 

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ritratto di Daniele Bertaggia

Buongiorno a tutti, sono uno studente all’ultimo an

Buongiorno a tutti,

sono uno studente all’ultimo anno di Fisica e sono laureato
in Scienze biologiche; seguo con molto interesse l’impiego del DNA in campo
informatico (come ad esempio l’utilizzo di porte logiche basate sul DNA). Di
sicuro interesse risulta essere anche l’utilizzo di queste porte immesse nel
nostro flusso sanguigno in grado di prendere decisioni di tipo medico e di
metterle in atto. In questo senso condividerei l’utilizzo del DNA sintetico
all’interno di un organismo naturale. Altra cosa è l’utilizzo del DNA sintetico
atto ad ottenere un risultato alla Manchurian
Candidate , cosa che non condividerei affatto (anche se vedo come
altamente improbabile l’uso del materiale genetico in questo senso perché la
nostra psiche emerge da un substrato biologico ma è molto più di esso). Come
sempre, però, dovrebbe vigere il principio di precauzione, soprattutto per
quelle mutazioni sintetiche (perché questo sarebbero le sequenze di DNA
progettate ed inserite nel materiale vivente) che potrebbero giungere a livello
dei gameti e, di conseguenza, risultare trasmissibili ed ereditabili.

Scusate se approfitto della situazione per chiedere a
qualcuno di voi un parere su di un mio progetto. Ho realizzato un codice di
crittografia simmetrico (chiamato BERCODE) basato su di un algoritmo genetico,
una cui versione demo è consultabile all’indirizzo sito : http://www.4dsoft.it/default2....

Ho cercato anche di pubblicarlo su elettronica open source
ma non riesco. Qualcuno di voi sarebbe disposto ad aiutarmi a farlo conoscere o
a dirmi come procedere anche in altri modi?

Vi ringrazio molto

Daniele B.

ritratto di Daniele Bertaggia

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informatico (come ad esempio l’utilizzo di porte logiche basate sul DNA). Di
sicuro interesse risulta essere anche l’utilizzo di queste porte immesse
nel nostro flusso sanguigno in grado di prendere decisioni di tipo medico e di
metterle in atto. In questo senso condividerei l’utilizzo del DNA sintetico
all’interno di un organismo naturale. Altra cosa è l’utilizzo del DNA sintetico
atto ad ottenere un risultato alla Manchurian
Candidate , cosa che non condividerei affatto (anche se vedo come
altamente improbabile l’uso del materiale genetico in questo senso perché la
nostra psiche emerge da un substrato biologico ma è molto più di esso). Come
sempre, però, dovrebbe vigere il principio di precauzione, soprattutto per
quelle mutazioni sintetiche (perché questo sarebbero le sequenze di DNA
progettate ed inserite nel materiale vivente) che potrebbero giungere a livello
dei gameti e, di conseguenza, risultare trasmissibili ed ereditabili.

Scusate se approfitto della situazione per chiedere a
qualcuno di voi un parere su di un mio progetto. Ho realizzato un codice di
crittografia simmetrico (chiamato BERCODE) basato su di un algoritmo genetico,
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Ho cercato anche di pubblicarlo su elettronica open source
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a dirmi come procedere anche in altri modi?

Vi ringrazio molto

Daniele B.

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Ciao Emanuele,

oggi mi sono iscritto a facebook e ti ho contattato come d’accordo.

Ci aggiorniamo

Grazie

Daniele Bertaggia

 

 

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