DNAデジタルデータストレージ:データ保存の未来は生物学の中にある

デオキシリボ核酸、通称DNA。生物の遺伝情報を記録するこの分子には、私たち一人ひとり固有の遺伝コードが刻まれています。「なぜテック系サイトで生物学の話を?」と思った方もいるかもしれません。しかし実は、生物学とテクノロジーはすでに融合へと向かっています。バイオテクノロジー、遺伝学、微生物学といった分野の存在がその証拠です。これまではテクノロジーが生物学の理解を深めるために活用されてきましたが、今後は逆に、生物学がテクノロジーの存続を支える時代が到来しようとしているのです。

人類とデータ記録の歴史

私たち人間はデバイスを操作し、膨大なデータを生み出しています。データの記録と保存は、人類が文字を書き始めた頃から続けられてきた営みです。日誌、会計記録、参考文献、引用、物語など、何かを発見したり発明したりするたびに、私たちはそれを書き留めてきました。こうしたデータの蓄積があったからこそ、人類は他者の失敗や成功、経験から学び、今日の文明へと成長することができたのです。

膨大なデータの保存という課題

Googleについて考えてみましょう。誰もが何かを調べるときにGoogleを使いますが、検索のたびに生成されるデータがすべて保存されていることをご存知でしょうか?Googleでは毎秒約4万件の検索が行われており、これは1日で35億件以上、1年では約1.2兆件に上ります。しかもこの数字は増え続けています。検索クエリの20%は新規のもので、二度と検索されないものもあります。1回のGoogle検索には1,000台以上のコンピュータシステムが関わり、データは平均して少なくとも約2,400km(1,500マイル)をデータセンターとの間で往復します。つまり毎秒、ユーザー1人あたり約1.7MBのデータが生み出されている計算になります。これを全ユーザー数、全検索数、1日の秒数と掛け合わせてみてください。想像を絶する数字ですよね。

では、問題は何なのでしょうか?答えは「容量」です。これらすべてのデータを保存するには、膨大なスペースが必要です。しかもスペースだけでなく、データを保存・維持するためのリソースも必要になります。現在、電磁気式ストレージデバイスが最良の選択肢ですが、それぞれに限界があります。早急に対策しなければ、データを維持するための資源と保管場所が枯渇してしまう恐れがあるのです。

DNAデジタルデータストレージという解決策

先ほど触れたように、生物学がテクノロジーを救う時代がすぐそこまで来ています。実際、その動きはすでに始まっています。科学者、研究者、そしてGoogle、Microsoft、Facebookなどの巨大テック企業は、「DNAデジタルデータストレージ」と呼ばれる技術に投資しています。簡単に言えば、電磁気式ドライブに保存していた大量のデータを、DNA鎖に保存できるようにする技術です。私たちのDNAは、A(アデニン)、T(チミン)、C(シトシン)、G(グアニン)という4種類の塩基からなるヌクレオチドの長い鎖で構成されており、これらを利用してデータを記録します。本来、身体情報や生物学的情報がこのDNA鎖に格納されているように、科学者たちは効率的なデータ保存技術の開発に日夜取り組んでいます。

本当に実現可能なのか?

はい、現実になりつつあります。従来のストレージデバイスによるデータ保存は脆弱で、時間とともに劣化・消失してしまうため、長期的な保存には信頼性が低いのが実情です。しかしDNAデータストレージは話が別です。近年、50万年前の馬の化石が発見され、最新技術によってゲノム解析に成功しました。これは、DNA中のデータが極めて長期間保存可能であることを示しています。研究者がDNAストレージに注目する理由は安定性だけではありません。最大の魅力は、その驚異的な保存容量にあるのです。

例えば大腸菌のような単純な細菌でも、1立方センチメートルあたり10¹⁹ビットのデータを保存できます。ハーバード大学で行われた密度研究によれば、この保存密度を実現できれば、1年間に世界で生成されるすべてのデータを、1辺1メートルのDNA立方体の中に余裕をもって収められるということです。この驚異的な保存能力と、数千年にわたるデータ維持能力により、DNAストレージは世界中の研究機関で注目されるホットトピックとなっています。現在ハーバード大学で活用されているのは、「CRISPR」と呼ばれるDNA編集技術です。2017年には人間の手の画像が大腸菌内に保存され、90%の精度で正確に復元されることに成功しました。多くの大手テック企業がこの技術の早期開発に多額の資金を投入しており、数々のブレークスルーが達成されています。ただし、コスト効率の実現に向けた競争はまだ続いています。実用化の日が一日も早く訪れることが期待されます。