© GeorgiaTech

World Economic Forum (WEF) vroeg een groep internationale technologiedeskundigen om de Top 10 Opkomende Technologieën van dit jaar te bepalen. Op basis van nominaties van andere deskundigen over de hele wereld, werden tientallen voorstellen aan een reeks criteria onderworpen. Gaan de voorgestelde technologieën de samenleving vooruit helpen? Kunnen ze voor een structurele omslag zorgen? Is er nog verdere groei van te verwachten? “Technologieën die vandaag in opkomst zijn, bepalen de wereld van morgen en verder – met gevolgen voor de economie en de maatschappij in het algemeen”, zegt Mariette DiChristina, hoofdredacteur van Scientific American, en voorzitter van de WEF-stuurgroep voor Opkomende Technologieën. Omdat ook Innovation Origins constant op zoek is naar de bron van innovatie presenteren we in een 10-delige serie de door WEF geselecteerde kansrijke technologieën. Vandaag deel 9: DNA data-opslag.

De hele serie is hier te vinden.

Elke minuut in 2018 voerde Google 3,88 miljoen zoekopdrachten uit, mensen keken 4,33 miljoen video’s op YouTube, verstuurden 159.362.760 e-mails, twitterden 473.000 keer en plaatsten 49.000 foto’s op Instagram, volgens softwarebedrijf Domo. Tegen 2020 zal er wereldwijd naar schatting 1,7 megabyte aan gegevens per seconde per persoon worden aangemaakt, wat zich vertaalt in ongeveer 418 zettabyte per seconde in één jaar tijd (418 miljard harde schijven ter waarde van één terabyte aan informatie), uitgaande van een wereldbevolking van 7,8 miljard. De magnetische of optische data-opslagsystemen die momenteel dit volume van 0’s en 1’s bevatten, kunnen doorgaans niet langer dan een eeuw meegaan, als dat al lukt. Bovendien kost het runnen van datacenters enorme hoeveelheden energie. Kortom, we staan op het punt om een ernstig probleem van gegevensopslag te krijgen dat mettertijd alleen maar ernstiger zal worden.

Lees hier hoe het probleem van energieverbruik in datacenters kan worden opgelost: fotonische chips

Massieve hoeveelheden data

Er wordt vooruitgang geboekt in een alternatief voor harde schijven: DNA-gebaseerde gegevensopslag. DNA – dat bestaat uit lange ketens van de nucleotiden A, T, C en G – is het informatieopslagmateriaal van het leven. Gegevens kunnen worden opgeslagen in de volgorde van deze letters, waardoor het DNA wordt omgezet in een nieuwe vorm van informatietechnologie. Het is al routinematig geordend (gelezen), gesynthetiseerd (geschreven) en nauwkeurig gekopieerd. DNA is ook ongelooflijk stabiel, zoals is aangetoond met de publicatie van de volledige genoomsequentie van een fossiel paard dat meer dan 500.000 jaar geleden leefde. En het opslaan ervan vergt niet veel energie; veel minder in elk geval dan met de huidige datacenters het geval is.

Maar het is vooral de opslagcapaciteit die het ‘m doet. DNA kan nauwkeurig enorme hoeveelheden gegevens opslaan met een dichtheid die veel groter is dan die van elektronische apparaten. De eenvoudige bacterie Escherichia coli (E.coli), bijvoorbeeld, heeft een opslagcapaciteit van ongeveer 1019 bits per kubieke centimeter, volgens berekeningen die in 2016 door George Church van Harvard University en zijn collega’s in Nature Materials zijn gepubliceerd. Bij die dichtheid zou een kubus DNA van ongeveer een m3 goed kunnen voorzien in alle opslagbehoeften die de wereld in een jaar heeft.

Het vooruitzicht van DNA-gegevensopslag is niet alleen theoretisch. In 2017 heeft de groep van Church op Harvard bijvoorbeeld CRISPR DNA-bewerkingstechnologie gebruikt om beelden van een menselijke hand in het genoom van E.coli op te nemen, die met een nauwkeurigheid van meer dan 90% konden worden uitgelezen. En onderzoekers van de Universiteit van Washington en Microsoft Research hebben een volledig geautomatiseerd systeem ontwikkeld voor het schrijven, opslaan en lezen van in DNA gecodeerde gegevens. Een aantal bedrijven, waaronder Microsoft en Twist Bioscience, werken hard aan de ontwikkeling van DNA-opslagtechnologie.

Moleculaire identificatie “tags”

James Dahlman, © GeorgiaTech

Ondertussen wordt DNA nu al gebruikt door onderzoekers die oplossingen nodig hebben voor het ‘begrijpen’ van enorme hoeveelheden gegeven. Recente ontwikkelingen in sequentiebepalingstechnieken maken het mogelijk dat miljarden DNA-sequenties gemakkelijk en gelijktijdig kunnen worden gelezen. Met deze mogelijkheid kunnen onderzoekers gebruik maken van barcodering – het gebruik van DNA-sequenties als moleculaire identificatie “tags” – om de resultaten van hun ecxperimenten te kunnen volgen. DNA-barcodering wordt nu gebruikt om het tempo van het onderzoek op gebieden als chemische engineering, materiaalwetenschap en nanotechnologie drastisch te versnellen. In het Georgia Institute of Technology, bijvoorbeeld, is het James E. Dahlman’s laboratorium bezig met de snelle identificatie van veiligere gentherapieën; anderen zijn aan het uitzoeken hoe ze geneesmiddelenresistentie kunnen bestrijden en kankeruitzaaiingen kunnen voorkomen.

Een van de uitdagingen om DNA-data-opslag gemeengoed te maken zijn de kosten van het lezen en schrijven van DNA, die nog verder moeten dalen om te kunnen concurreren met elektronische opslag. Maar zelfs als DNA geen alomtegenwoordig opslagmateriaal wordt, zal het vrijwel zeker worden gebruikt voor informatie in enorme hoeveelheden en voor het op de lange termijn bewaren van bepaalde soorten gegevens. Mede daarom is DNA data-opslag voor het WEF een van de 10 opkomende technologieën.

(Het Top 10 Emerging Technologies rapport van het WEF vormde de basis voor dit artikel)

Word lid!

Op Innovation Origins lees je elke dag het laatste nieuws over de wereld van innovatie. Dat willen we ook zo houden, maar dat kunnen wij niet alleen! Geniet je van onze artikelen en wil je onafhankelijke journalistiek steunen? Word dan lid en lees onze verhalen gegarandeerd reclamevrij.

Over de auteur

Bart Brouwers is mede-oprichter en mede-eigenaar van Media52 BV, uitgever van innovationorigins.com.