Tấm ảnh gif ấn tượng nhất lưu trữ trên vi khuẩn - loại ổ cứng mới của loài người

Bước tiến lớn tới mốc "biến sinh vật sống thành một cái USB lưu trữ dữ liệu".

Khi mà sử dụng được ADN làm chỗ để lưu trữ dữ liệu, ta sẽ chẳng bao giờ cần tới những cái ổ đĩa lằng nhằng nữa bởi “thiết bị lưu trữ tự nhiên”này có dung lượng vô cùng khổng lồ: mọi bức ảnh bạn từng chụp, toàn bộ kho nhạc đồ sộ của bạn, tất cả 6 phần Game of Thrones hay toàn bộ chỗ tài liệu quan trọng mà bạn để trong máy có thể lên tới cả trăm GB và sẽ vẫn thừa rất nhiều chỗ.

Và tuyệt hơn, bạn có thể mang theo những dữ liệu ấy bên mình để đi bất cứ đâu và cất ở bất kì chỗ nào trên cơ thể, bản thân nó là ADN cơ mà? Hiện tại, đó đang là một viễn cảnh xa xôi. Nhưng nhà nghiên cứu gene George Church tại Đại học Harvard tin rằng viễn cảnh này hoàn toàn khả thi.

Để chứng minh cho điều đó, đội ngũ các nhà khoa học tại Harvard sử dụng hệ thống chỉnh sửa gene CRISPR để đưa một hình động (GIF) vào trong bộ gene của một con vi khuẩn Escherichia coli (chính là loài khuẩn E. coli). Họ chuyển đổi từng pixel đơn lẻ của hình ảnh trên thành những nucleotide, những viên gạch nền móng tạo nên một ADN.

Họ đưa ảnh GIF gồm tổng cộng 5 khung hình vào một con vi khuẩn sống, về một con ngựa đang phi với một người cưỡi trên lưng, được chụp bởi nhiếp ảnh gia Eadweard Muybridge người Anh, người đầu tiên tạo nên những tấm ảnh hoạt hình tĩnh vật (stop motion) hồi những năm 1870. Họ có thể chiết xuất được dữ liệu bằng việc sắp xếp lại chuỗi ADN của vi khuẩn và thông qua việc đọc những mã pixel trong nucleotide, họ đã tái tạo lại được hình động với độ chính xác lên đến 90%.

Bên trái là ảnh gốc, bên phải là ảnh tái tạo lại từ vi khuẩn.

Phương pháp ém hình ảnh này được áp dụng đặc biệt cho vi khuẩn nhưng Yaniv Erlich, một nhà khoa học máy tính và nhà sinh học tại Đại học Columbia, người không thuộc nhóm nghiên cứu trên, cho rằng những thành công này cho thấy ta hoàn toàn có thể đưa thông tin và dữ liệu vào trong các tế bào sống và dần dần, ta sẽ có thể làm vậy trên tế bào người.

Thế giới hiện tại đang tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ, và bên trong 7 tỷ con người đang đi lại trên Trái Đất này, ADN trong người của bất kì ai cũng đều có thể được sử dụng để lưu trữ thông tin. Bạn có thấy các nhà khoa học có thể lấy được dữ liệu từ những ADN có tuổi thọ hàng ngàn, thậm chí hàng triệu năm chưa? Ấy chính là bằng chứng cho thấy ADN là một cái USB chứa dữ liệu vô cùng hiệu quả.

Bên trái là ảnh gốc, bên phải là ảnh tái tạo lại từ vi khuẩn.

Cho tới giờ, thì những nghiên cứu sử dụng ADN làm “ổ” chứa dữ liệu đều dựa trên những ADN tổng hợp được tạo ra bởi các nhà khoa học. Và cái ảnh GIF bé nhỏ chỉ 36 x 26 pixel này cũng không phải ngoại lệ, thậm chí cũng chưa so được với lượng dữ liệu kỷ lục mà các nhà khoa học có thể lưu trên một ADN tổng hợp trước đây. Tuy nhiên, việc tải dữ liệu lên một tế bào sống khó hơn vô vàn lần việc đưa dữ liệu vào một ADN tổng hợp, bởi tế bào sống liên tục vận động, thay đổi, phân bào và chết đi.

Nhà nghiên cứu Erlich nói rằng một trong những điểm lợi của lưu trữ dữ liệu trong tế bào sống đó là thông tin sẽ được bảo vệ tốt hơn. Một số vi khuẩn vẫn có thể sống sót được một vụ nổ hạt nhân, khi tiếp xúc với phóng xạ hay khi gặp phải nhiệt độ môi trường cực lớn.

Và không chỉ dừng lại ở mức lưu trữ dữ liệu, Seth Shipman – một nhà khoa học làm việc tại Harvard, người dẫn dắt thí nghiệm này – nói rằng ông muốn sử dụng nó để tạo nên những “cảm biến sống”, có thể ghi lại những gì xảy ra bên trong tế bào và môi trường sống xung quanh chúng.

Dù rằng công nghệ này chưa tới được giới hạn “tải vào cơ thể bạn một lượng dữ liệu lớn”, nhưng hiện giờ, nó vẫn là một công cụ nghiên cứu hữu hiệu. Ta có thể ghi lại những sự kiện cực nhỏ, xảy ra ở mức phân tử và qua đó, quan sát quá trình phát triển, tiến hóa của những loại tế bào khác nhau.

Ông Shipman nói rằng bạn có thể đưa những “ổ cứng vi khuẩn” này vào trong cơ thể hoặc thả nó ở bất kì đâu, cho nó ghi lại những dữ liệu nó tìm được và thông qua phân tích ADN của chúng, ta sẽ biết được những thông tin mới mà có thể, loài người chưa tìm ra được.