How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

Fordító: Zsuzsa Viola Lektor: Csaba Lóki

I could fit all movies ever made inside of this tube.

A valaha elkészített összes filmet betehetném ebbe a kis tubusba.

If you can't see it, that's kind of the point.

Ha nem látják, pont ez a lényeg.

(Laughter)

(Nevetés)

Before we understand how this is possible,

Mielőtt megértenék, hogyan lehetséges ez,

it's important to understand the value of this feat.

fontos, hogy megértsék a felfedezés nagyságát.

All of our thoughts and actions these days,

Manapság minden gondolatunk és cselekedetünk

through photos and videos --

fotókon és videókon keresztül –

even our fitness activities --

még fitnesztevékenységünk is –

are stored as digital data.

digitális adatként raktározódik el.

Eltekintve attól,

Aside from running out of space

on our phones,

amikor elfogy a hely a telefonunkon,

we rarely think about our digital footprint.

ritkán gondolunk digitális lábnyomunkra.

But humanity has collectively generated more data

Azonban az emberiség együttesen

több adatot hozott létre az elmúlt pár évben,

in the last few years

than all of preceding human history.

mint az azt megelőző emberi történelem során.

Big data has become a big problem.

A sok adat nagy gonddá vált.

Digital storage is really expensive,

A digitális tárolás igen drága,

and none of these devices that we have really stand the test of time.

és egyik ilyen eszközünk sem állta ki az idő próbáját.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

Van egy nonprofit weboldal, Internet Archívumnak hívják.

In addition to free books and movies,

Az ingyenes könyvek és filmek mellett

you can access web pages as far back as 1996.

1996-ig visszamenőleg hozzáférhetünk weboldalakhoz.

Ez nagyon csábító, ezért úgy döntöttem,

Now, this is very tempting,

but I decided to go back and look at the TED website's very humble beginnings.

visszamegyek, és megnézem a TED weboldal igen szerény indulását.

As you can see, it's changed quite a bit in the last 30 years.

Ahogy látják, meglehetősen megváltozott az elmúlt 30 évben.

So this led me to the first-ever TED,

Ez vezetett engem a legelső TED videóhoz,

back in 1984,

még 1984-ben,

and it just so happened to be a Sony executive

ahol történetesen a Sony igazgatója magyarázta el

explaining how a compact disk works.

a CD működését.

(Laughter)

(Nevetés)

Now, it's really incredible to be able to go back in time

Valóban hihetetlen, hogy képesek vagyunk visszamenni az időben,

and access this moment.

és hozzáférni ehhez a pillanathoz.

It's also really fascinating that after 30 years, after that first TED,

Az is igazán lenyűgöző, hogy 30 év és az első TED videó után

we're still talking about digital storage.

még a digitális adattárolásról beszélgetünk.

Now, if we look back another 30 years,

Ha még 30 évet visszamegyünk,

IBM released the first-ever hard drive

az IBM megalkotta legelső merevlemezét

back in 1956.

még 1956-ban.

Here it is being loaded for shipping in front of a small audience.

Itt hajózzák be egy kis közönség előtt.

It held the equivalent of one MP3 song

Egy MP3-dalnyi adatmennyiség tárolására volt képes,

and weighed over one ton.

és több mint egy tonnát nyomott.

At 10,000 dollars a megabyte,

egy megabyte 10 000 dollárért,

I don't think anyone in this room would be interested in buying this thing,

nem hiszem, hogy bárki megvásárolná ebben a helyiségben.

except maybe as a collector's item.

kivéve talán, ha gyűjtő.

But it's the best we could do at the time.

De ez volt a legtöbb, amire akkor képesek voltunk.

We've come such a long way in data storage.

Nagyon nagy utat tettünk meg adattárolás terén.

Devices have evolved dramatically.

Az eszközök drámaian fejlődtek.

But all media eventually wear out or become obsolete.

De minden média végül elhasználódik vagy elavul.

If someone handed you a floppy drive today to back up your presentation,

Ha valaki átadna önöknek egy flopilemezt bemutatójuk biztonsági másolatával,

you'd probably look at them kind of strange, maybe laugh,

valószínűleg furcsán néznének rá, talán nevetnének,

but you'd have no way to use the damn thing.

de semmilyen módon nem tudnák használni azt a fránya dolgot.

These devices can no longer meet our storage needs,

Ezek az eszközök már nem felelnek meg adattárolási igényeinknek,

although some of them can be repurposed.

bár néhánynak találhatunk új funkciót.

All technology eventually dies or is lost,

Az összes technológia megszűnik vagy elvész végül

along with our data,

adatainkkal,

all of our memories.

emlékeinkkel.

There's this illusion that the storage problem has been solved,

Van egy illúzió, hogy megoldottuk a tárolás problémáját,

but really, we all just externalize it.

de ez csupán a látszat.

We don't worry about storing our emails and our photos.

Nem aggódunk íméljeink és fotóink miatt,

They're just in the cloud.

ott vannak a felhőben.

But behind the scenes, storage is problematic.

De a színfalak mögött a tárolás nehéz.

After all, the cloud is just a lot of hard drives.

Akárhogy is, a felhő csak egy rakás merevlemez.

Now, most digital data, we could argue, is not really critical.

Azt hiszem, mondhatjuk, hogy a legtöbb digitális adatunk nem igazán életbevágó.

Surely, we could just delete it.

Akár le is törölhetjük őket.

But how can we really know what's important today?

De honnan tudhatnánk ma, mi is fontos valójában?

We've learned so much about human history

Olyan sokat tanultunk az emberiség történelméről

from drawings and writings in caves,

barlangrajzokból, barlangírásokból,

from stone tablets.

kőtáblákról.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

Nyelveket fejtettünk meg a rosette-i kőről.

You know, we'll never really have the whole story, though.

De nem ismertük meg az egész történetet.

Our data is our story,

Adataink a történetünk.

even more so today.

Ma ez még inkább így van.

We won't have our record recorded on stone tablets.

Már nem írunk kőtáblára.

But we don't have to choose what is important now.

És nem kell eldöntenünk, mi fontos most.

There's a way to store it all.

Van egy módja, hogy mindet megőrizzük.

It turns out that there's a solution that's been around

Kiderült, hogy van egy megoldás,

for a few billion years,

amely pár milliárd éve létezik már,

and it's actually in this tube.

és éppen itt van ebben a tubusban.

DNA is nature's oldest storage device.

A DNS a természet legősibb adattárolója.

After all, it contains all the information necessary

Elvégre minden információt tartalmaz,

to build and maintain a human being.

amely szükséges egy emberi lény létrejöttéhez és fennmaradásához.

But what makes DNA so great?

De mi teszi a DNS-t olyan nagyszerűvé?

Well, let's take our own genome

Vegyük például

as an example.

a saját genomunkat.

If we were to print out all three billion A's, T's, C's and G's

Ha kinyomtatnánk mind a hárommilliárd A-t, T-t, C-t és G-t

on a standard font, standard format,

egy szokásos betűtípussal egy általános formában,

and then we were to stack all of those papers,

majd egymásra raknánk a lapokat,

it would be about 130 meters high,

a halom magassága kb 130 méter lenne,

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

valahol a Szabadságszobor és a Washingtoni Emlékmű között.

Now, if we converted all those A's, T's, C's and G's

Ha mindezeket digitális formában,

to digital data, to zeroes and ones,

nullákban és egyesekben tárolnánk,

it would total a few gigs.

néhány giga volna.

And that's in each cell of our body.

És ezt minden sejtünk tartalmazza.

We have more than 30 trillion cells.

Több mint 30 billió sejtünk van.

You get the idea:

Értik a gondolatot:

DNA can store a ton of information in a minuscule space.

A DNS hatalmas mennyiségű információt tud tárolni rendkívül kis helyen.

DNA is also very durable,

A DNS nagyon hosszan fenn is marad,

and it doesn't even require electricity to store it.

még csak elektromosságra sincs szüksége a tároláshoz.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

Ezt onnan tudjuk, hogy a tudósoknak sikerült

that lived hundreds of thousands of years ago.

több százezer évvel ezelőtt élt őseink DNS-ét helyreállítani.

One of those is Ötzi the Iceman.

Egyikük Ötzi, a Jégember.

Turns out, he's Austrian.

Kiderült, hogy osztrák.

(Laughter)

(Nevetés)

He was found high, well-preserved,

A magasban találtak rá, jól konzerválódott állapotban,

in the mountains between Italy and Austria,

Olaszország és Ausztria között a hegyekben,

and it turns out that he has living genetic relatives here in Austria today.

és mint kiderült, ma genetikai rokonai élnek Ausztriában.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

Úgyhogy egyikük talán Ötzi unokaöccse.

(Laughter)

(Nevetés)

The point is that we have a better chance of recovering information

A lényeg, hogy jobb esélyünk van az információ visszanyerésére

from an ancient human

egy ősi emberi maradványból,

than we do from an old phone.

mint egy régi telefonból.

It's also much less likely that we'll lose the ability to read DNA

És kevésbé valószínű DNS-olvasási képességünk elvesztése,

than any single man-made device.

mint bármelyik emberi készüléké.

Every single new storage format requires a new way to read it.

Minden egyes új tárolási forma új olvasási módot is igényel.

We'll always be able to read DNA.

A DNS olvasására mindig képesek leszünk.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

Ha nem tudunk tovább szekvenálni, nagyobb gondjaink lesznek,

than worrying about data storage.

mind az adattárolás miatt aggódni.

Storing data on DNA is not new.

DNS-ben tárolni az adatokat nem új dolog.

Nature's been doing it for several billion years.

A természet ezt teszi már néhány milliárd éve.

In fact, every living thing is a DNA storage device.

Valójában minden élőlény egy DNS-es adattároló.

But how do we store data on DNA?

De hogyan tárolhatunk adatokat DNS-ben?

This is Photo 51.

Ez az 51-es fotó.

It's the first-ever photo of DNA,

Ez a legelső fotó, melyet a DNS-ről készítettek

taken about 60 years ago.

hozzávetőlegesen 60 évvel ezelőtt.

This is around the time that that same hard drive was released by IBM.

Ez akkortájt volt, amikor az IBM azt a merevlemezt gyártotta.

So really, our understanding of digital storage and of DNA have coevolved.

Valójában a digitális adattárolás és a DNS megértése együtt fejlődött.

We first learned to sequence, or read DNA,

Először megtanultuk, hogyan szekvenáljunk vagy olvassuk a DNS-t,

and very soon after, how to write it,

és nem sokkal utána, hogyan írjuk

or synthesize it.

vagy szintetizáljuk.

This is much like how we learn a new language.

Ez nagyon hasonlít ahhoz, ahogy egy új nyelvet tanulunk.

And now we have the ability to read, write and copy DNA.

És most megvan a képességünk a DNS olvasására, írására és másolására.

We do it in the lab all the time.

Rendszeresen végezzük ezeket a laborban.

So anything, really anything, that can be stored as zeroes and ones

Vagyis bármi, tényleg bármi, ami nullákban és egyesekben tárolható,

can be stored in DNA.

DNS-ben is elraktározható.

To store something digitally, like this photo,

Ahhoz, hogy valamit, pl. ezt a fotót, digitálisan tudjunk tárolni,

we convert it to bits, or binary digits.

bitekké vagy bináris kódokká kell átalakítanunk.

Each pixel in a black-and-white photo is simply a zero or a one.

Egy fekete-fehér fotón minden képpont egy egyes vagy egy nulla.

And we can write DNA much like an inkjet printer can print letters on a page.

Szinte úgy írhatjuk a DNS-t, ahogy a nyomtató nyomtat levelet egy oldalra.

We just have to convert our data, all of those zeroes and ones,

Csupán át kell alakítanunk minden nullát és egyest

to A's, T's, C's and G's,

A-vá, T-vé, C-vé, G-vé,

and then we send this to a synthesis company.

majd elküldeni a szintetizáló céghez.

So we write it, we can store it,

Tehát leírjuk, elraktározzuk,

and when we want to recover our data, we just sequence it.

és amikor hozzájuk akarunk férni adatainkhoz, csak szekvenálnunk kell.

Now, the fun part of all of this is deciding what files to include.

Az érdekes része ennek, amikor eldöntjük, mely fájlokat akarjuk tárolni.

We're serious scientists, so we had to include a manuscript

Komoly tudósok vagyunk, ezért betettünk egy kéziratot

for good posterity.

az utókor számára.

We also included a $50 Amazon gift card --

Egy 50 dolláros Amazon ajándékkártyát is közéjük tettünk – ne izguljanak,

don't get too excited, it's already been spent, someone decoded it --

ezt már elküldték, és valaki dekódolta –

as well as an operating system,

valamint egy operációs rendszert,

one of the first movies ever made

első filmjeink egyikét,

and a Pioneer plaque.

és egy Pioneer plakettet.

Some of you might have seen this.

Néhányan talán látták ezt.

It has a depiction of a typical -- apparently -- male and female,

Egy tipikus férfi-nő ábrázolás van rajta,

and our approximate location in the Solar System,

és hozzávetőleges helyünk a Naprendszerben

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

arra az esetre, ha a Pioneer űrhajó földönkívüliekkel találkozna.

So once we decided what sort of files we want to encode,

Amikor eldöntöttük, mely fájlokat akarjuk kódolni,

we package up the data,

előkészítjük az adatokat,

convert those zeroes and ones to A's, T's, C's and G's,

a nullákat és egyeseket A-ká, T-kké, C-kké és G-kké alakítjuk,

and then we just send this file off to a synthesis company.

és a szintetizáló céghez küldjük.

And this is what we got back.

És ezt kapjuk vissza.

Our files were in this tube.

Adataink ebben a kis tubusban voltak.

All we had to do was sequence it.

Nem kellett mást tennünk, mint újraszekvenálni őket.

This all sounds pretty straightforward,

Ez elég egyszerűen hangzik,

but the difference between a really cool, fun idea

de amíg eljutunk egy igazán remek, szórakoztató ötlettől

and something we can actually use

annak gyakorlati használhatóságáig,

is overcoming these practical challenges.

le kell győznünk pár nehézséget.

Now, while DNA is more robust than any man-made device,

Nos, amíg a DNS erőteljesebb, mint bármely ember alkotta szerkezet,

it's not perfect.

nem tökéletes.

It does have some weaknesses.

Van néhány gyengesége.

We recover our message by sequencing the DNA,

Visszanyerjük üzenetünket a DNS szekvenálásával,

and every time data is retrieved,

de minden ilyen alkalommal

we lose the DNA.

elveszítjük a DNS-t.

That's just part of the sequencing process.

Ez egyszerűen része a szekvenálási folyamatnak.

We don't want to run out of data,

Nem akarjuk, hogy elfogyjanak adataink,

but luckily, there's a way to copy the DNA

de szerencsére tudjuk másolni a DNS-t.

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

ami még olcsóbb és könnyebb is, mint szintetizálni.

We actually tested a way to make 200 trillion copies of our files,

Teszteltünk egy módszert, amellyel 200 billió másolatot

készítettünk fájljainkról, és az adatokat hibátlanul helyre tudtuk állítani.

and we recovered all the data without error.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

A szekvenálás hibákat is visz a DNS-ünkbe,

into the A's, T's, C's and G's.

az A-kba, T-kbe, C-kbe, G-kbe.

Nature has a way to deal with this in our cells.

A természetnek megvan a módszere ennek kezelésére sejtjeinkben,

But our data is stored in synthetic DNA in a tube,

de a mi adataink egy tubusnyi szintetikus DNS-ben vannak,

so we had to find our own way to overcome this problem.

így kellett egy saját eljárás ennek a problémának a megoldására.

We decided to use an algorithm that was used to stream videos.

Egy, a videoközvetítésnél használatos algoritmust mellett döntöttünk.

When you're streaming a video,

Amikor videót közvetítünk,

you're essentially trying to recover the original video, the original file.

lényegében megpróbáljuk helyreállítani az eredeti videót, az eredeti fájlt.

When we're trying to recover our original files,

Amikor megpróbáljuk helyreállítani az eredeti fájlt,

we're simply sequencing.

egyszerűen szekvenálunk.

But really, both of these processes are about recovering enough zeroes and ones

Igazából mindkét folyamat a nullák és egyesek helyreállításáról szól,

to put our data back together.

adataink visszanyerése érdekében.

And so, because of our coding strategy,

És így kódolási stratégiánk lehetővé tette,

we were able to package up all of our data

hogy oly módon rendezzük adatainkat,

in a way that allowed us to make millions and trillions of copies

amely lehetővé teszi akár milliónyi, billiónyi másolat létrehozását úgy,

and still always recover all of our files back.

hogy fájljainkat mégis mind vissza tudjuk nyerni.

This is the movie we encoded.

Ez az a film, amit elkódoltunk,

It's one of the first movies ever made,

az első valaha készített film egyike,

and now the first to be copied more than 200 trillion times on DNA.

és az első, amelyet 200 billiószor másoltunk DNS-be.

Miután eredményeinket közzétettük,

Soon after our work was published,

részt vettünk egy "Kérdezz tőlem bármit"-on a redditen.

we participated in an "Ask Me Anything" on the website reddit.

Ha otthon vannak számítógépes berkekben, ismerős önöknek a weboldal [reddit.com].

If you're a fellow nerd, you're very familiar with this website.

Most questions were thoughtful.

A legtöbb kérdés elgondolkodtató volt.

Some were comical.

Néhány igen mulatságos.

For example, one user wanted to know when we would have a literal thumb drive.

Például valaki azt kérdezte, mikor lesz ebből igazi hüvelykujj-pendrive.

Now, the thing is,

A helyzet az, hogy DNS-ünk már mindent tartalmaz,

our DNA already stores everything needed to make us who we are.

amely kellett ahhoz, hogy azzá váljunk, amik vagyunk.

It's a lot safer to store data on DNA

Sokkal biztonságosabb DNS-ben adatot tárolni,

in synthetic DNA in a tube.

szintetikus DNS-ben, egy tubusban.

Writing and reading data from DNA is obviously a lot more time-consuming

Adatokat DNS-be írni, és visszaolvasni nyilvánvalóan jóval időigényesebb,

than just saving all your files on a hard drive --

mint merevlemezre menteni minden fájlunkat –

for now.

legalábbis idáig.

So initially, we should focus on long-term storage.

Ezért kezdetben a hosszútávú adattárolásra kell a hangsúlyt helyezni.

Most data are ephemeral.

A legtöbb adat tiszavirág-életű.

It's really hard to grasp what's important today,

Nagyon nehéz eldönteni, mi fontos ma,

or what will be important for future generations.

vagy mi lesz az a jövő generációi számára.

But the point is, we don't have to decide today.

De a lényeg az, hogy nem kell ma döntenünk.

There's this great program by UNESCO called the "Memory of the World" program.

Itt van az UNESCO nagyszerű "A világ emlékezete" programja.

It's been created to preserve historical materials

Azért hozták létre, hogy megőrizzék a történelmi anyagokat,

that are considered of value to all of humanity.

melyeket az egész emberiség értékeiként tartanak számon.

Items are nominated to be added to the collection,

Dokumentumokat jelölnek meg a gyűjtemény részeként,

including that film that we encoded.

beleértve az általunk kódolt filmet is.

While a wonderful way to preserve human heritage,

Bár ez egy csodálatos mód az emberiség örökségének megőrzésére,

it doesn't have to be a choice.

nem szükséges választanunk.

Instead of asking the current generation -- us --

Ahelyett, hogy megkérdeznénk a mai generációt – magunkat –

what might be important in the future,

vajon mi lesz fontos a jövőben,

we could store everything in DNA.

mindent eltárolhatunk a DNS-ben.

Storage is not just about how many bytes

A tárolás nem csak a byte-okról szól,

but how well we can actually store the data and recover it.

hanem arról is, mennyire jól tudjuk tárolni és előhívni az adatokat.

There's always been this tension between how much data we can generate

Mindig volt egy feszültség aközött, mennyi adatot hozunk létre,

and how much we can recover

mennyit tudunk tárolni,

and how much we can store.

és mennyit tudnunk visszanyerni.

Every advance in writing data has required a new way to read it.

Az adattárolás fejlődése folyamatosan új olvasási módokat igényelt.

We can no longer read old media.

Többé nem vagyunk képesek a régi hordozót olvasni.

How many of you even have a disk drive in your laptop,

Hányan vannak itt, akiknek van még lemezmeghajtójuk

vagy pláne flopilemez-meghajtójuk a laptopukjban?

never mind a floppy drive?

This will never be the case with DNA.

Ez soha nem lesz probléma a DNS-sel.

As long as we're around, DNA is around,

Ameddig itt vagyunk, a DNS is itt van,

and we'll find a way to sequence it.

és megtaláljuk a módját, hogy szekvenáljuk.

Archiving the world around us is part of human nature.

A körülöttünk lévő világ megörökítése része az emberi természetnek.

This is the progress we've made in digital storage in 60 years,

Az elmúlt 60 évben fejlődött így digitális adattárolásunk,

at a time when we were only beginning to understand DNA.

akkor, amikor még csak elkezdtük megismerni a DNS-t.

Yet, we've made similar progress in half that time with DNA sequencers,

Mégis, feleannyi idő alatt hasonló fejlődést értünk el

DNS-szekvenátorokkal, és amíg itt vagyunk, a DNS nem avul el.

and as long as we're around, DNA will never be obsolete.

Thank you.

Köszönöm.

(Applause)

(Taps)