電話を使ったり、オンラインになったり、映画を見たり、購入したりするたびに、データが生成されます。データは社会、産業、科学にとって不可欠です。しかし、データには注意力、余裕とエネルギーが必要です。日々、より多くのデータが生成されるため、そのデータを安全で使いやすい状態に保つためのより良い方法を見つけなければなりません。

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DNAを使用してデータを保存することは、これを実現する1つのアプローチです。生命の設計図は DNA に含まれています。A、T、C、Gの4つの部分から成り立っています。これらのパーツで構成された長い鎖には、言葉、画像、音声、さらには映画など、あらゆる種類の情報が含まれます。

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ニュースが新鮮すぎて処理できない?この記事では、DNA がデータの未来をどのように形作るかを詳しく見ていきます。

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DNA データストレージ:長所と短所

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データストレージに関しては、DNAはハードドライブやフラッシュドライブよりも優れています。1グラムのDNAには、1グラムに含まれる2億1,500万台の電話と同じ量の情報が含まれている可能性があります。 非常に小さなスペース。できる 最後の 数百万年 乾いた状態に保ち、冷蔵しておけば。そして、それは どんな生物や機械でも使用できます DNAでも使えます

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ただし、データ保存の方法として、DNAにはいくつかの欠点と問題もあります。その1つがコストです。DNAの作成と読み取りはまだ困難で高価ですが、簡単かつ迅速になってきています。もうひとつはエラーです。DNAは、DNAの内部または外部の何かによって損傷を受けたり、変化したりする可能性があります。3つ目は、所有権、セキュリティ、プライバシーなど、DNAをデータ記憶媒体として使用する際に生じる懸念です。

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DNAデータストレージの仕組み

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DNAデータストレージの背後にある主な概念は デジタルデータをDNA部分に変換してから偽のDNA断片にエンコードする。そのためには、「変わる」と「戻る」という2つの重要な段階が必要です。

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変更 デジタルデータをDNAパーツに変換するステップです。そのためには、2 つのオプション (0 または 1) を含むコードを使用します。各オプションは 2 つの DNA 部分 (A-T または C-G) で示されます。たとえば、コード 01000001 は ATCGATAT に変更できます。または、4 つのオプション (00-A、01-T、10-C、11-G) を含むコードを使用することもできます。この場合、各オプションが 1 つの DNA 部分で表示されます。たとえば、同じコード 01000001 を TACA に変更することができます。

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戻る DNAパーツからデジタルデータを取得するステップです。そのためには、偽物のDNAピースに含まれるDNAパーツの順序を調べる方法があります。たとえば、ATCGATAT という順序が見つかった場合、2 つのオプションを指定したコードを使用して 01000001 を返すことができます。または、TACAという注文が見つかった場合は、4つのオプションを含むコードを使用して01000001を返すことができます。

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DNAから大量のデータを保存および取得するには、さまざまな偽のDNA断片を作成して特定するための追加の方法を採用する必要があります。たとえば、DNA パーツの間違いを訂正するためにコードを使用する場合があります。さらに、ラベルを利用して特定の偽DNAピースに異なる名前を付けることができるため、見つけやすく、使いやすくなります。

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DNAデータストレージの費用はいくらですか？

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DNAを使用してデータを保存する費用は、主な障害の1つです。現在のところ、ハードドライブやフラッシュドライブなどの他のデータストレージ方法よりもコストが大幅に高くなっています。保存したいデータ量と取り出す頻度によって、料金が決まります。

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DNAデータストレージの主なコストは次のとおりです。

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合成: これは、データを含む偽のDNAピースを作るためのコストです。

シーケンシング: これは、偽のDNAピースからデータを読み取るコストです。

ストレージ: これは偽物のDNA断片を安全な場所に保管するための費用です。DNAは小さなスペースに保存でき、あまり手入れを必要としないため、これは通常、合成や配列決定よりもはるかに安価です。

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これら3つの費用のバランスをどのように取るかによって、最終的にDNAデータストレージにかかるコストが決まります。たとえば、データを非常に長期間保存し、取得する頻度が比較的少ない場合は、エラー修正とラベル数を減らして合成とシーケンシングのコストを削減することで費用を節約できる可能性があります。ただし、データをより短い期間保存し、より頻繁にデータを取得したい場合は、追加のラベル付けとエラー修正が必要になる場合があり、合成とシーケンシングのコストが高くなります。

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幸いなことに、テクノロジーが進歩し、より頻繁に使用されるようになるにつれて、DNAデータストレージの価格が下がると予想されます。

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DNAデータストレージはどのくらい持ちますか？

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DNAが正しく保存されていれば、非常に長期間持続する可能性があります。DNAは、時間の経過とともに劣化したり古くなったりする可能性のあるハードドライブやフラッシュドライブなどの他のデータストレージ方法とは異なり、データを非常に長期間保存できます。

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データストレージに使用される偽DNAピースの耐久性は、熱、光、湿気、化学物質などの害を及ぼす可能性のある要因からどれだけ効果的に保護されているかにかかっています。それらを小さなガラス (シリカ) のボールの中に入れてください。これは防御手段のひとつとして盾の役割を果たします。偽物のDNA断片は、塩を加えることで安定化させることもできます。

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いくつかの研究によると、塩で適切にカプセル化されたDNAは、室温で数十年持続する可能性があり、制御された環境でははるかに長持ちするはずです。一部の研究者は、DNAはどのような状態でも1万年以上も存続できると推定しています。

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DNA を使用してデータを保存するプロジェクト

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マイクロソフトとワシントン大学

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DNAデータストレージの主要プロジェクトの1つは、以下の共同研究です。 マイクロソフトとワシントン大学。彼らは開発しました DNAからデータをエンコード、保存、取得できる完全に自動化されたシステム。このシステムは、バイナリデータをDNA配列に変換するソフトウェアモジュール、DNA分子を合成および操作する液体処理ロボット、および保存されたデータを読み取るDNAシーケンサーで構成されています。また、システムではエラー訂正と圧縮のアルゴリズムを使用して、データの整合性と効率性を確保しています。

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このプロジェクトは、OK Goミュージックビデオや世界人権宣言を含む200 MBのデータをDNAに保存したり、1,300万本のDNA鎖のプールから「こんにちは」という言葉を取り出したりするなど、いくつかのマイルストーンを実証しました。彼らは、コーヒーマグカップにエクサバイトのデータを保存できる、スケーラブルで費用対効果の高いDNAストレージシステムの構築を目指しています。

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MIT

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もう一つのプロジェクト DNAデータストレージの調査はMITのものです。彼らはそのための技術を開発しました シリカナノ粒子を使用した大規模プールからのDNAデータファイルのラベル付けと取得。各ナノ粒子には、画像などの特定のファイルをコードするDNA配列が含まれており、ナノ粒子の表面にはファイルの内容を説明する短いDNAバーコードがコーティングされています。ファイルを取り出すために、研究者はPCR（ポリメラーゼ連鎖反応）を用いて目的のバーコードと一致するDNA鎖を増幅し、配列を決定してデータを復元します。

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このプロジェクトにより、20枚の画像セットからDNA配列として保存された個々の画像を正確に取得できることが実証されました。このプロジェクトでは、この手法により最大 10^20 ファイルまで拡張可能で、コンテンツベースの DNA データの検索が可能になると主張しています。

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自分のDNAをデータストレージに使用できますか？

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DNAをデータストレージに保存したい場合は、そのためのツールとスキルが必要になります。また、自分自身や他の人に危害を加えないように、安全と倫理に関するいくつかのガイドラインに従う必要があります。

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DNAをデータストレージに保存するための手順は次のとおりです。

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サンプルを集めてください。 体からDNAを含む細胞をいくつか採取する必要があります。チューブに唾を吐くか、綿棒を使って頬を清潔にすることで行えます。サンプルには、名前と日付とともにラベルを貼る必要があります。

DNAを抽出: 細胞の残りの構成部分からDNAを抽出する必要があります。これは、細胞膜を分解してDNAを遊離させる薬剤を導入することで実現できます。また、サンプルから望ましくない化学物質をすべて取り除く必要があります。

データをエンコード: デジタル情報をDNAに書き込める形式に変換する必要があります。これを実現するには、バイナリコードをヌクレオチドコードに変換するプログラムを使用してください。また、コードには追加のラベル付けとエラー修正も必要になります。たとえば、文字 A を 00、T を 01、C を 10、G を 11 としてエンコードできます。また、エラー訂正コードとメタデータを追加して、データの正確性と整合性を確保することもできます。

DNAを合成しましょう: これは、オンデマンドでDNA合成を提供するサービスを使用することで実現できます。また、以下のような DNA 分子を印刷できるデバイスを使用することもできます。 SGI-DNA の BioXP 3200 システム。これらの方法により、データを含むカスタムメイドのDNA分子を作成できます。

DNAを保存: 合成したDNA分子を入手したら、バイアルやカプセルなどの適切な容器に保管できます。損傷や劣化を防ぐために、涼しく乾燥した暗い場所に保管してください。また、混乱や紛失を防ぐために、はっきりとしっかりとラベルを貼ってください。

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保存されているDNA分子からデータにアクセスするには、プロセスを逆にする必要があります。次のようなヌクレオチド順序を読み取ることができるデバイスを使用して、DNA 分子の配列を決定する必要があります。 オックスフォード・ナノポア・テクノロジーズのMiniON または イルミナノバセック 6000 システム。次に、DNA配列をバイナリコードに変換し、元のデータ形式に変換するソフトウェアを使用してDNA配列をデコードする必要があります。

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自分のDNAをデータストレージに保存することは、情報を保存する革新的で未来的な方法です。しかし、ほとんどの人にとってはまだ実用的でも手頃な選択肢でもありません。また、プライバシー、所有権、同意など、倫理的および法的な問題もいくつか発生します。

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結論

結論として、DNAは将来のデータの保存と処理のための有望な媒体です。従来の方法に比べていくつかの利点があります。ただし、克服しなければならない課題や制限もありますが、最も顕著なのはコストです。したがって、DNAベースのデータシステムをより実現しやすく、さまざまなアプリケーションで利用できるようにするには、さらなる研究開発が必要です。

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世界がデータ主導型になるにつれ、情報の保存とアクセスの方法に革命をもたらす可能性のあるDNAベースのデータストレージの可能性と課題を理解することが不可欠です。今すぐダイロックスに連絡して、当社がお客様のデータをどのように支援できるかを学びましょう。

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