Các nhà khoa học sử dụng vi khuẩn E.coli để lưu trữ dữ liệu

Các nhà khoa học đang thử nghiệm một hướng lưu trữ dữ liệu điện tử đặc biệt, trong đó những thông tin quen thuộc của máy tính được đưa vào vật liệu di truyền bên trong vi khuẩn E.coli. Theo tạp chí sinh viên BlueSci thuộc Đại học Cambridge, Anh, các nhà nghiên cứu Đại học Hong Kong đã đặt được 90GB dữ liệu vào ADN của một cụm gồm 18 vi khuẩn E.coli. Kết quả này mở ra hình dung mới về kho dữ liệu sống, nơi thông tin không nằm trên ổ cứng hay đĩa quang, mà được mã hóa trong cấu trúc di truyền của các tế bào. Điểm đáng chú ý nằm ở khả năng lưu trữ rất lớn của vi khuẩn, bởi khoảng 10 triệu tế bào có thể tồn tại trong chỉ một gram vật chất vi khuẩn. Nếu mỗi tế bào chứa khoảng 5GB dữ liệu, một lượng vi khuẩn nhỏ về khối lượng lý thuyết có thể mang dung lượng khổng lồ, vượt xa nhiều thiết bị lưu trữ thông thường. Cách tiếp cận này không biến E.coli thành máy tính hoàn chỉnh, nhưng tận dụng ADN như một phương tiện ghi thông tin có mật độ cao và khả năng tồn tại lâu dài. Dữ liệu còn có thể được mã hóa bằng tái tổ hợp di truyền vị trí cụ thể, một quy trình hoàn toàn tự nhiên có khả năng thay đổi cách sắp xếp thông tin bên trong ADN. Chính cơ chế tự nhiên ấy tạo ra nghịch lý thú vị: tế bào có thể lưu dữ liệu, nhưng cũng có thể làm thông tin bị xáo trộn trong quá trình hoạt động. Khi các đoạn ADN tái tổ hợp, dữ liệu ban đầu có nguy cơ không còn giữ nguyên trật tự, khiến việc đọc lại thông tin trở nên phức tạp hơn nhiều. Nói cách khác, hệ thống này vừa giống một thư viện sống, vừa giống một thư viện luôn có khả năng tự sắp xếp lại một phần sách trong các giá lưu trữ. Các nhà nghiên cứu vì thế không chỉ quan tâm đến chuyện đưa dữ liệu vào tế bào, mà còn phải tìm cách bảo đảm thông tin vẫn nguyên vẹn sau thời gian dài. Một lợi thế khác đến từ khả năng chống chịu của một số loại tế bào trước bức xạ mạnh, đặc điểm có thể giúp chúng sống sót trong những môi trường khắc nghiệt. Nếu tế bào tồn tại sau một vụ nổ hạt nhân, dữ liệu được lưu trong ADN của chúng về lý thuyết cũng có cơ hội tiếp tục tồn tại cùng vật chủ. Tuy nhiên, bài viết chỉ nêu đây là khả năng tiềm tàng của các loại tế bào chống bức xạ, không phải bằng chứng rằng hệ thống E.coli hiện tại đã vượt qua một vụ nổ hạt nhân. Khoảng cách từ thí nghiệm ban đầu đến một công nghệ lưu trữ thực tế vẫn rất lớn, bởi nhóm nghiên cứu còn phải giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật quan trọng. Trở ngại rõ rệt nhất là truy xuất dữ liệu, hiện vẫn được mô tả là một công việc tẻ nhạt và tốn kém, chưa thuận tiện như đọc dữ liệu từ thiết bị điện tử. Một kho lưu trữ chỉ thật sự hữu ích khi thông tin có thể được tìm thấy, lấy ra và kiểm tra chính xác, thay vì chỉ nằm yên trong tế bào mà không dễ tiếp cận. Đột biến ADN cũng tạo thêm rủi ro, vì những thay đổi phát sinh trong vật liệu di truyền có thể làm hỏng một phần dữ liệu đã được lưu trữ. Các nhà khoa học cần tính đến nguy cơ này khi thiết kế phương pháp mã hóa, bảo quản và kiểm tra dữ liệu trong quần thể vi khuẩn. Do những mối đe dọa nói trên, các thử nghiệm hiện chỉ được tiến hành trên vi khuẩn biến đổi gen, đồng thời giới hạn ở dữ liệu thông tin bản quyền. Giới hạn này cho thấy công nghệ vẫn đang được kiểm soát chặt chẽ, chưa phải giải pháp lưu trữ đại trà dành cho mọi loại thông tin cá nhân hoặc thương mại. Dù còn nhiều điểm yếu, việc đặt 90GB vào ADN của 18 vi khuẩn E.coli vẫn cho thấy sinh học có thể tham gia vào lĩnh vực vốn lâu nay thuộc về phần cứng. Trong tương lai nghiên cứu, khả năng lưu trữ của tế bào, độ bền trước môi trường khắc nghiệt và phương pháp truy xuất sẽ quyết định hướng phát triển tiếp theo. Hiện tại, E.coli mới đóng vai trò vật liệu thử nghiệm đầy tiềm năng, mang đến một ý tưởng lạ lùng nhưng nghiêm túc về cách con người có thể cất giữ dữ liệu.