13 januari 2011
E.coli , een darmbacterie in uitwerpselen, blijkt een goed digitaal opslagmedium. Een gram bacteriën kan 900 terabyte aan, zeggen onderzoekers. Bio-opslag, zo heet de praktijk van digitale gegevens opslaan in levende wezens. Het idee bestaat al ongeveer tien jaar, maar de efficiëntie van de opslag is pas de afgelopen jaren verbeterd. De verbetering in bio-opslag die een groep studenten in Hongkong met de e.coli-bacterie heeft verwezenlijkt, is spectaculair. Ze hebben immers niet alleen tekst, maar ook beelden en video opgeslagen in levende cellen. Het team heeft een methode verzonnen om gegevens te comprimeren en ze over verschillende cellen te verspreiden. Ze maken ook een index van de cellen om ze later makkelijker terug te vinden. De manier om gegevens op te slaan is vrij omslachtig. Eerst moet je het DNA van de bacteriële cellen verwijderen om het aan te passen met enzymen. Daarna wordt het DNA weer aangebracht in een nieuwe cel.
Om geen nieuwe gevaarlijke bacterie te maken, kijken de studenten hun genetisch gemodificeerde bacteriën na in een databank. Is er geen gevaar, dan kunnen ze als opslagmedium dienen. De studenten hebben ook een driedelig beveiligingssysteem gemaakt dat hen in staat stelt de gegevens te versleutelen op een onkraakbare manier. Ingebouwde beveiligingstesten verzekeren ook dat mutaties in enkele cellen niet de alle gegevens onbruikbaar maken. ‘This means you will be able to keep large datasets for the long term in a box of bacteria in the refrigerator’, zo zegt Aldrin Yim, een student-instructeur aan de Chinese University van Hongkong. ‘We have developed a method of compressing data, splitting it into chunks and distributing it between different bacterial cells, which helps to overcome limits on storage capacity. We are also able to map the DNA so information can be easily located. This opens up the way to storing not only text, but images, music, and even video within cells. As a storage method it is extremely compact — because each cell is minuscule, the group says that one gram of bacteria could store the same amount of information as 450 2 TB hard disks’. De team heeft zelfs een word bedacht voor dit veld: biocryptografie. Professor Chan Ting Fung, die het studententeam leidde, stelde dat het veld in zijn eerste stadia van ontwikkeling was. ‘What the students did was to try it out and make sure some of the fundamental principles are actually achievable’. Maar er kan een snelle prakrische toepassing zijn. ‘The techniques we use – removing DNA from bacterial cells, manipulating them using enzymes and returning them to a new cell – are similar to those used to create genetically modified foods. Rather than changing the building blocks of an organism, we allow extra information to piggyback on the DNA of the cell, after checking their changes against a master database to make sure they do not have accidental toxic effects. This work could enable extra information to be added to a genetically modified crop in the form of a ‘bio barcode’’, zo zei Chan. ‘For example, a company that makes a GM tomato that grows extra large with a gene that promotes growth — on top of that we can actually encode additional information like safety protocols, things that are not directly related to the biological system. … Bacteria are everywhere: they can survive on things that are unthinkable to humans. So we can make use of this’.
