Lưu trữ được thông tin vào vi khuẩn: chiếc USB vĩnh cửu của loài người

Vấn đề lưu trữ thông tin đang dần đi vào ngõ cụt, khi mà công nghệ lưu trữ vẫn không phát triển hơn sau nhiều thập kỷ, trừ việc những thiết bị lưu trữ ngày càng nhỏ hơn và mạnh mẽ hơn.

Nhưng có thể rằng, tương lai của ngành lưu trữ đang không nằm ở lĩnh vực công nghệ, mà là trong lĩnh vực sinh học. Trong năm 2016 này, nhiều nhà nghiên cứu đã trình diễn khả năng lưu trữ của một giọt DNA: nó có thể chứa được toàn bộ lịch sử của loài người! Ta đã có thể có những “ổ cứng sinh học” nhờ vào những cụm vi khuẩn được biến thành những sinh vật lưu trữ dữ liệu.

Trước thời điểm này, lượng thông tin lớn nhất mà các nhà nghiên cứu đưa vào được một tế bào sống là 11 bits, tương ứng với lưu trữ được 2 kí tự số học. Với công nghệ mới này, bạn có thể lưu trữ được tới 100 bytes dữ liệu, từng đó là đủ để lưu trữ dòng chữ mà bạn đang đọc ngay lúc này đây.

“Chúng tôi muốn biết được rằng có khả thi không việc sử dụng những cách thức của mẹ Thiên nhiên, viết thẳng dữ liệu lên bộ gen của tế bào vi khuẩn”, theo lời Seth Shipman, nhà nghiên cứu di truyền học tại Đại học Harvard.

Với phương pháp này, nếu như vi khuẩn sinh sản nhân đôi như chúng thường làm, thì thông tin sẽ được “sao chép” lại trong cả những thế hệ sau này nữa. Dữ liệu sẽ được lưu trên một “ổ cứng” có khả năng không ngừng tự mở rộng ra, các nhà khoa học có thể đọc dữ liệu bằng cách xem các bộ gen của chúng bất kì khi nào họ muốn, với bất kì con vi khuẩn nào trong đống lúc nhúc kia.

Khuẩn E. coli là một trong số vi khuẩn được mang ra làm USB thử nghiệm.

Trong ngành nghiên cứu này, yếu tố quan trọng là các nhà khoa học phải đưa thông tin dưới dạng một đoạn mã vào trong dải gen, nhưng nghiên cứu này chọn một con đường và một công cụ khác thường. Đó là công nghệ chỉnh gen mang tính cách mạng có tên là CRISPR.

CRISPR là hệ thống phòng ngự tự nhiên của vi khuẩn, để giúp chúng chống lại những loài ăn vi khuẩn khác, hay những virus có khả năng ảnh hưởng tới tế bào của vi khuẩn. Sử dụng các enzyme của mình, những vi khuẩn này có khả năng “lấy mất” một mảnh DNA của virus tấn công mình. Hành động này không chỉ làm suy yếu khả năng tấn công của virus, mà còn khiến vi khuẩn lưu lại hành vi “gây hấn” của những con virus này, để đề phòng những cuộc tấn công của những con virus cùng loại chúng có thể gặp phải trong tương lai.

Những mảnh DNA vi khuẩn lấy được sẽ được copy khi mà vi khuẩn phân bào, điều đó có nghĩa là thế hệ tiếp theo của con vi khuẩn đó sẽ vẫn được truyền lại những kiến thức mà tiền bối của chúng đã học được. Đội ngũ các nhà nghiên cứu nhận ra rằng nếu đưa được những thông tin di truyền vào nhóm vi khuẩn đã có khả năng “CRISPR”, ví dụ cụ thể ở đây là khuẩn E. coli, thì chúng có thể tự “ăn” những thông tin đó, biến những thông tin ấy thành một phần cơ thể mình.

Tế bào vi khuẩn trong trạng thái sau khi "CRISPR".

Thật may mắn là những con vi khuẩn này lưu những đoạn DNA theo dãy, vì vậy tất cả được sắp xếp trình tự rõ ràng. Điều đó có nghĩa là những nhà nghiên cứu có thể lưu những đoạn thông tin theo một thứ tự nhất định, họ không hề lo lắng vì biết được rằng chúng sẽ được sao chép với cùng thứ tự đó. Điều đó khiến cho việc tìm lại và lấy ra những mẩu thông tin về sau trở nên thuận tiện và dễ dàng.

Nhưng việc lưu trữ này vẫn còn một vấn đề nhỏ nữa: không phải tất cả vi khuẩn đều phản ứng như nhau, vì vậy sẽ có ít nhiều thông tin đưa vào sẽ bị mất đi. Tuy nhiên có đến hàng triệu loại vi khuẩn khác nhau, vì thế những thông tin bị mất ở nhóm tế bào này sẽ xuất hiện tại một nhóm khác, khi tổng hợp lại thì vẫn thành thông tin hoàn chỉnh nên trở ngại không thực sự lớn.

Tham khảo IFLS