How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Esther van Driel

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

Ik zou alle films die ooit gemaakt zijn in dit buisje kunnen steken.

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

Dat je het niet kan zien, daar gaat het eigenlijk over.

(Laughter)

(Gelach)

Voordat we begrijpen hoe dit mogelijk is,

Before we understand how this is possible,

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

is het belangrijk om de waarde van deze prestatie te begrijpen.

All of our thoughts and actions these days,

Al onze gedachten en acties worden tegenwoordig

through photos and videos --

door middel van foto's en video's --

even our fitness activities --

zelfs onze fitness-activiteiten --

are stored as digital data.

opgeslagen als digitale gegevens.

Aside from running out of space

Behalve het opraken van geheugen

on our phones,

op onze telefoons,

we rarely think about our digital footprint.

denken we zelden na over onze digitale voetafdruk.

But humanity has collectively generated more data

Maar de mensheid heeft collectief meer gegevens gegenereerd

in the last few years

in de laatste jaren,

than all of preceding human history.

dan in de hele voorgaande menselijke geschiedenis.

Big data has become a big problem.

Big data is uitgegroeid tot een groot probleem.

Digital storage is really expensive,

Digitale opslag is echt duur

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

en geen van onze huidige apparaten kan echt de tand des tijds weerstaan.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

Er is een non-profit website genaamd het Internet Archive.

In addition to free books and movies,

Naast gratis boeken en films

you can access web pages as far back as 1996.

krijg je toegang tot webpagina’s tot helemaal uit 1996.

Now, this is very tempting,

Dat is heel verleidelijk

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

en ik besloot om te kijken naar het zeer bescheiden begin van de TED-website.

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

Zoals je kan zien, is ze in de afgelopen 30 jaar heel wat veranderd.

So this led me to the first-ever TED,

Dit bracht me naar de allereerste TED,

back in 1984,

in 1984,

and it just so happened to be a Sony executive

waar heel toevallig een manager van Sony

explaining how a compact disk works.

uitlegde hoe een CD werkte.

(Laughter)

(Gelach)

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

Het is echt ongelooflijk om terug te kunnen gaan in de tijd

and access this moment.

tot dat ogenblik.

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

Het is ook echt boeiend dat we 30 jaar na de eerste TED

we're still talking about digital storage.

nog steeds praten over digitale opslag.

Now, if we look back another 30 years,

Gaan we nog 30 jaar verder terug,

IBM released the first-ever hard drive

dan bracht IBM de eerste harde schijf uit

back in 1956.

in 1956.

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

Hier wordt ze ingeladen voor verzending in aanwezigheid van een klein publiek.

It held the equivalent of one MP3 song

Het bevatte het equivalent van een mp3-nummer

and weighed over one ton.

en woog meer dan een ton.

At 10,000 dollars a megabyte,

Voor 10.000 dollar per megabyte

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

denk ik niet dat iemand hier dit ding zou willen kopen,

behalve misschien als verzamelobject.

except maybe as a collector's item.

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

Maar het is het beste dat we toen konden.

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

We hebben een lange weg afgelegd in de opslag van gegevens.

Devices have evolved dramatically.

Apparaten zijn ingrijpend veranderd.

But all media eventually wear out or become obsolete.

Maar alle media zullen uiteindelijk verslijten of achterhaald worden.

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

Als iemand je vandaag een diskette zou geven

om een back-up te maken van je presentatie,

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

zou je hen misschien lacherig aankijken,

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

maar je zou niets kunnen beginnen met het kreng.

These devices can no longer meet our storage needs,

Deze apparaten voldoen niet meer aan onze opslagbehoeften,

although some of them can be repurposed.

hoewel sommige hergebruikt zouden kunnen worden.

All technology eventually dies or is lost,

Alle technologie sterft uiteindelijk of gaat verloren,

along with our data,

samen met onze gegevens

all of our memories.

al onze herinneringen.

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

Er is de illusie dat het opslagprobleem is opgelost,

but really, we all just externalize it.

maar eigenlijk schuiven we het gewoon van ons af.

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

We maken ons geen zorgen over het opslaan van onze e-mails en foto’s.

They're just in the cloud.

Ze staan gewoon in de cloud.

But behind the scenes, storage is problematic.

Maar achter de schermen is opslag problematisch.

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

Immers, de cloud is alleen maar een hoop harde schijven.

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

Nu zijn de meeste digitale gegevens niet echt cruciaal.

Surely, we could just delete it.

We kunnen ze gewoon wissen.

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

Maar hoe kunnen we vandaag echt weten wat belangrijk is?

We've learned so much about human history

We leerden zo veel over de menselijke geschiedenis

from drawings and writings in caves,

uit tekeningen en geschriften in grotten,

from stone tablets.

van stenen tafels.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

We hebben talen ontcijferd door de Steen van Rosetta.

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

Je weet dat we nooit het hele verhaal zullen hebben.

Our data is our story,

Onze gegevens zijn ons verhaal,

even more so today.

vandaag zelfs nog meer.

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

We zullen het niet hebben opgetekend op stenen tafels.

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

Maar we hoeven nu nog niet te kiezen wat belangrijk is.

There's a way to store it all.

Er is een manier om alles op te slaan.

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

Het blijkt dat die oplossing

for a few billion years,

al een paar miljard jaar oud is

and it's actually in this tube.

en hier in dit buisje zit.

DNA is nature's oldest storage device.

DNA is het oudste opslagapparaat van de natuur.

After all, it contains all the information necessary

Het bevat alle nodige informatie

to build and maintain a human being.

voor het bouwen en onderhouden van een mens.

But what makes DNA so great?

Wat maakt DNA nu zo geweldig?

Well, let's take our own genome

Neem ons eigen genoom als voorbeeld.

as an example.

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

Als we alle drie miljard A’s, T’s, C’s en G’s zouden willen uitprinten

on a standard font, standard format,

in een standaardlettertype op standaardformaat,

and then we were to stack all of those papers,

en we al die papieren zouden opstapelen,

it would be about 130 meters high,

zou het ongeveer 130 meter hoog worden,

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

ergens tussen het Vrijheidsbeeld en het Washington Monument.

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

Als we al die A’s, T’s, C’s en G’s zouden omzetten

to digital data, to zeroes and ones,

naar digitale gegevens, naar nullen en enen,

it would total a few gigs.

zou in het totaal enkele gigabytes zijn.

And that's in each cell of our body.

En dat zit in elke cel van ons lichaam.

We have more than 30 trillion cells.

Wij hebben meer dan 30 biljoen cellen.

You get the idea:

Je snapt het wel:

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

DNA kan een ton informatie opslaan in een piepkleine ruimte.

DNA is also very durable,

DNA is ook erg duurzaam

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

en heeft niet eens elektriciteit nodig om het op te slaan.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

We weten dit omdat wetenschappers DNA hebben verkregen van prehistorische mensen

that lived hundreds of thousands of years ago.

die honderdduizenden jaren geleden leefden.

One of those is Ötzi the Iceman.

Een van hen is Ötzi de ijsmummie.

Turns out, he's Austrian.

Bleek dat hij een Oostenrijker was.

(Laughter)

(Gelach)

He was found high, well-preserved,

Hij lag hoog en goed bewaard

in the mountains between Italy and Austria,

in de bergen tussen Italië en Oostenrijk,

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

en het blijkt dat hij vandaag hier in Oostenrijk nog familie heeft.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

Iemand hier zou een neef van Ötzi kunnen zijn.

(Laughter)

(Gelach)

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

Punt is dat we een betere kans hebben om de informatie te recupereren

from an ancient human

van een prehistorisch mens

than we do from an old phone.

dan van een oude gsm.

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

Het is ook veel minder waarschijnlijk

dat we het vermogen om DNA te lezen kwijtraken,

than any single man-made device.

dan van een door mensen gemaakt apparaat.

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

Elke nieuwe vorm van opslag vraagt een nieuwe manier om het te lezen.

We'll always be able to read DNA.

We zullen altijd DNA kunnen uitlezen.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

Als we niet langer DNA kunnen lezen, hebben we grotere problemen

than worrying about data storage.

dan ons zorgen maken over de opslag van gegevens.

Storing data on DNA is not new.

Het opslaan van gegevens op DNA is niet nieuw.

Nature's been doing it for several billion years.

De natuur doet het al miljarden jaren.

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

In feite is elk levend ding een DNA-opslagapparaat.

But how do we store data on DNA?

Maar hoe slaan wij gegevens op in DNA?

This is Photo 51.

Dit is Foto 51.

It's the first-ever photo of DNA,

Het is de allereerste foto van DNA,

taken about 60 years ago.

ongeveer 60 jaar geleden genomen.

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

Dit is rond de tijd dat die harde schijf door IBM werd uitgebracht.

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

Onze kennis van digitale opslag en van DNA zijn samen geëvolueerd.

We first learned to sequence, or read DNA,

We leerden eerst DNA-sequenties bepalen of DNA lezen,

and very soon after, how to write it,

en al heel snel erna hoe het te schrijven

or synthesize it.

of te synthetiseren.

This is much like how we learn a new language.

Dit lijkt veel op het leren van een nieuwe taal.

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

En nu kunnen we DNA lezen, schrijven en kopiëren.

We do it in the lab all the time.

We doen het voortdurend in het lab.

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

Dus alles, echt alles, dat kan worden opgeslagen als nullen en enen,

can be stored in DNA.

kan worden opgeslagen in DNA.

To store something digitally, like this photo,

Om iets digitaal op te slaan, zoals deze foto,

we convert it to bits, or binary digits.

zetten we het om in bits, of binaire cijfers.

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

Elke pixel in een zwart-wit foto is gewoon een nul of een één.

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

We kunnen DNA schrijven

zoals een inkjetprinter letters op papier kan afdrukken.

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

We zetten onze gegevens, al die nullen en enen,

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

om in A’s, T’s, C’s en G’s

and then we send this to a synthesis company.

en sturen dit naar een synthesebedrijf.

So we write it, we can store it,

We schrijven het, we kunnen het opslaan

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

en als we onze gegevens terug willen, bepalen we de volgorde.

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

Het leuke van dit alles is om te beslissen welke bestanden op te nemen.

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

We zijn serieuze wetenschappers, dus moest er een manuscript bij

for good posterity.

voor een goed nalatenschap.

We also included a $50 Amazon gift card --

We deden er ook een Amazoncadeaubon van 50 dollar bij --

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

niet te enthousiast, ze is al besteed, iemand decodeerde het --

as well as an operating system,

evenals een besturingssysteem,

one of the first movies ever made

een van de eerste films ooit gemaakt

and a Pioneer plaque.

en een Pioneer plaat.

Some of you might have seen this.

Sommigen kennen ze misschien.

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

Met een afbeelding van een typische -- blijkbaar -- man en vrouw

and our approximate location in the Solar System,

en onze locatie in het zonnestelsel,

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

mocht het ruimtevaartuig Pioneer ooit buitenaardse wezens tegenkomen.

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

Zodra we wisten wat voor soort bestanden we wilden coderen,

we package up the data,

sloegen we de gegevens op,

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

zetten die nullen en enen om in A’s, T’s, C’s en G’s

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

en sturen we dit bestand naar een synthesebedrijf.

And this is what we got back.

En dit kregen we terug.

Our files were in this tube.

Onze bestanden zitten in deze buis.

All we had to do was sequence it.

Alles wat we moesten doen, was de volgorde bepalen.

This all sounds pretty straightforward,

Dit klinkt allemaal vrij eenvoudig,

but the difference between a really cool, fun idea

maar het verschil tussen een echt cool, leuk idee

and something we can actually use

en iets wat we echt kunnen gebruiken,

is overcoming these practical challenges.

is het overwinnen van deze praktische uitdagingen.

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

Nu is DNA robuuster dan een door de mens gemaakt apparaat,

it's not perfect.

maar het is niet perfect.

It does have some weaknesses.

Het heeft wel een aantal zwakke punten.

We recover our message by sequencing the DNA,

We herstellen ons bericht door DNA-sequencing,

and every time data is retrieved,

en steeds als er gegevens worden opgehaald,

we lose the DNA.

verliezen we het DNA.

That's just part of the sequencing process.

Zo gaat dat nu eenmaal bij het sequencingproces.

We don't want to run out of data,

We willen de gegevens niet kwijtraken,

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

maar gelukkig is er een manier om het DNA te kopiëren

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

dat nog goedkoper en makkelijker is dan het synthetiseren.

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

We testten een manier

om 200 biljoen kopieën van onze bestanden te maken

and we recovered all the data without error.

en we herstelden alle gegevens zonder fouten.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

Sequencing introduceert ook fouten in ons DNA,

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

in de A’s, T’s, C’s en G’s.

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

De natuur heeft een manier om hiermee om te gaan in onze cellen.

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

Maar onze data zijn opgeslagen in synthetisch DNA in een buisje,

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

dus moesten we onze eigen manier vinden om dit probleem op te lossen.

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

We besloten gebruik te maken

van een algoritme dat werd gebruikt voor het streamen van video's.

When you're streaming a video,

Wanneer je een video streamt,

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

probeer je in wezen de originele video, het oorspronkelijke bestand te herstellen.

When we're trying to recover our original files,

Als we onze originele bestanden proberen te herstellen,

we're simply sequencing.

zijn we eigenlijk bezig met sequencing.

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

Eigenlijk gaan deze twee processen

over het herstellen van genoeg nullen en enen

to put our data back together.

om onze gegevens terug samen te stellen.

And so, because of our coding strategy,

En door onze coderingsstrategie

we were able to package up all of our data

konden we al onze gegevens inpakken

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

zodat we er miljoenen en biljoenen exemplaren konden van maken

and still always recover all of our files back.

en nog altijd al onze bestanden terug herstellen.

This is the movie we encoded.

Dit is de film die we codeerden.

It's one of the first movies ever made,

Het is een van de eerste films ooit gemaakt

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

en nu de eerste met meer dan 200 biljoen kopieën in DNA.

Soon after our work was published,

Al snel nadat ons werk was gepubliceerd,

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

deden we mee aan een 'Ask Me Anything' op de website Reddit.

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

Ben je een collega-nerd dan ben je vertrouwd met deze website.

Most questions were thoughtful.

De meeste vragen waren doordacht.

Some were comical.

Sommige waren komisch.

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

Zo wilde een gebruiker weten wanneer we er letterlijk een stick van zouden hebben.

Now, the thing is,

Nu is het zo dat ons DNA al alles opslaat

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

wat nodig is om ons te maken tot wie we zijn.

It's a lot safer to store data on DNA

Het is een stuk veiliger om gegevens op DNA op te slaan

in synthetic DNA in a tube.

als synthetisch DNA in een buisje.

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

Het schrijven en lezen van data in DNA neemt natuurlijk veel meer tijd in beslag

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

dan het opslaan van al je bestanden op een harde schijf --

for now.

nu toch nog.

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

Dus in eerste instantie moeten we ons concentreren op lange-termijnopslag.

Most data are ephemeral.

De meeste gegevens zijn tijdelijk.

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

Het is moeilijk te bevatten wat vandaag de dag belangrijk is,

or what will be important for future generations.

of wat belangrijk zal zijn voor toekomstige generaties.

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

Maar het punt is dat we dat vandaag niet hoeven te beslissen.

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

Het geweldige programma van UNESCO genaamd 'Memory of the World’

It's been created to preserve historical materials

is gemaakt om historisch materiaal te behouden

that are considered of value to all of humanity.

dat beschouwd wordt als van waarde voor de hele mensheid.

Voorwerpen worden genomineerd om te worden toegevoegd aan de collectie,

Items are nominated to be added to the collection,

including that film that we encoded.

met inbegrip van die film die we codeerden.

While a wonderful way to preserve human heritage,

Terwijl het een prachtige manier is om het menselijk erfgoed te behouden,

it doesn't have to be a choice.

hoeven we geen keuzes te maken.

Instead of asking the current generation -- us --

In plaats van de huidige generatie -- ons -- te vragen

what might be important in the future,

wat belangrijk zou kunnen zijn in de toekomst,

we could store everything in DNA.

zouden we alles kunnen opslaan in DNA.

Storage is not just about how many bytes

Opslag gaat niet alleen over hoeveel bytes,

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

maar over hoe goed we de gegevens eigenlijk kunnen opslaan en herstellen.

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

Er is altijd een spanning

tussen de hoeveelheid data die we genereren

and how much we can recover

en hoeveel we kunnen terughalen

and how much we can store.

en hoeveel we kunnen opslaan.

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

Elke vooruitgang in het schrijven van gegevens

vereiste een nieuwe manier van lezen.

We can no longer read old media.

We kunnen de oude media niet meer lezen.

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

Hoeveel van jullie hebben zelfs nog een diskettestation in je laptop,

never mind a floppy drive?

laat staan een floppydrive?

This will never be the case with DNA.

Dit zal nooit het geval zijn met DNA.

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

Zolang wij er zijn zal DNA er zijn

and we'll find a way to sequence it.

en zullen we een manier vinden om de sequentie te bepalen.

Archiving the world around us is part of human nature.

Het archiveren van de wereld om ons heen is eigen aan de menselijke natuur.

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

Deze vooruitgang in digitale opslag maakten we in 60 jaar,

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

in een tijd toen we DNA pas begonnen te begrijpen.

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

We maakten een vergelijkbare vooruitgang

in de helft van die tijd met DNA-sequencers.

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

En zolang wij er zijn, zal DNA nooit achterhaald worden.

Thank you.

Dank u.

(Applause)

(Applaus)