Latar Belakang Masalah
Jika Internet Archive, memiliki ambisi untuk menyimpan dan mengkoleksi seluruh data yang tersebar di internet, termasuk website, musik, gambar, video/film dan hampir tiga juta buku dengan domain publik, telah memiliki data sekitar 20 petabytes, maka NSA (National Security Agency) punya ambisi lebih besar, yaitu data center dengan kapasitas 1 yottabytes.Untuk memudahkan berapa besarnya yottabytes, rata-rata notebook sekarang (tahun 2014) memiliki kapasitas harddisk 2.5 inchi 1 Terabytes atau sekitar 1000 Gigabytes, inilah konversinya :
1.000 Gigabytes (GB) = 1 Terabytes (TB)
1.000 Terabytes (TB) = 1 Petabytes (PB)
1.000 Petabytes (PB) = 1 Exabytes (EB)
1.000 Exabytes (EB) = 1 Zettabyte (ZB)
1.000 Zettabytes (ZB) = 1 Yottabytes (YB)
Maka 1 Yottabytes itu sama dengan harddisk 2.5 inchi 1 TB yang terpasang di standar notebook, sebanyak 1 trilyun buah harddisk. Sangat besar sekali.
NSA akan memulai project tersebut tahun 2015, diperkirakan butuh ruangan 92.000 m2, atau sekitar 13 kali luas lapangan bola. Sebagai gambaran, data center Facebook di Lulea Swedia, hanya memiliki luas 27.000 m2, dengan kapasitas sekitar 180 petabytes. Dengan model sekarang, maka setiap kali menambah kapasitas data, maka akan menambah ruang untuk penyimpanan infrastruktur storage data center.
Tujuan Penulisan
Adakah pilihan lebih baik di masa mendatang? Ternyata ciptaan Allah telah memberi inspirasi bagi manusia untuk membangun tempat penyimpanan yang lebih efektif, efisien dan jauh lebih kecil. DNA adalah salah jawabannya.DNA sangat tahan lama, karena mampu bertahan dengan kondisi dingin, kering dan gelap, bahkan data yang disimpan dalam DNA dapat bertahan selama puluhan ribu tahun dengan perawatan yang minim. Menurut Nick Goldman dari Institut BioInformatic Eropa di inggris, pada penelitian dilakukan pada fosil mammoth yang hidup 60.000 tahun yang lalu menunjukkan bahwa Fragmen DNA dari mammoth tersebut ternyata sekarang masih bisa dibaca.
Dengan menggunakan DNA buatan melalui sintesis oligonukleotida untuk penyimpanan dan sekuensing DNA untuk pengambilan/retrieve data, sekarang ilmuwan bisa melakukan penyimpanan data jauh lebih kecil dibandingkan harddisk, SSD, magnetic tape drive karena kerapatan DNA sangat tinggi. Diperkirakan satu molekul DNA bisa menyimpan data setara 3 Gigabytes Informasi, atau sekitar 1 gram DNA bisa menyimpan 2.2 juta Gigabytes data. Itu setara dengan 468 ribu keeping DVD.
Pengertian DNA
DNA merupakan molekul penyimpan materi genetik yang menyusun kode-kode maupun menyimpan informasi genetic bagi semua makhluk hidup, termasuk virus. DNA intinya adalah sebuah asam nukleat yang menyimpan materi genetic makhluk hidup.Sebagai polimer, DNA terdiri dari tiga komponen utama yaitu, gugus fosfat, deoksiribosa dan basa nitrogen (A,G,C,T). Kehebatan DNA ini adalah mampu menyimpan seluruh informasi, kode, materi untuk membangun seluruh tubuh makhluk hidup, baik itu manusia, hewan atau tumbuhan.
Paerkembangan DNA di Masa masa depan
WASHINGTON – Para peneliti mengungkapkan telah menemukan cara baru untuk menyimpan informasi dalam bentuk DNA. Hal ini disinyalir untuk membuat penyimpanan lebih baik dan mampu dilestarikan dalam waktu yang lama, dibandingkan dengan penyimpanan pada server dan hard drive.Para peneliti juga mengklaim bahwa penyimpanan dalam bentuk DNA ini dapat bekerja dalam waktu lebih panjang, penyimpanan bebas dari kesalahan informasi, bahkan diklaim bisa mencapai hingga satu juta tahun. Peneliti mengungkapkan bahwa informasi tersimpan dalam bantalan DNA dalam silika (kaca), serta menggunakan algoritma perbaikan kesalahan dalam data.
“Serupa dengan tulang-tulang penemuan, kami ingin melindungi informasi dengan bantalan DNA dengan fosil shell sintetik,” jelas Grass salah satu tim peneliti Departemen ETH.
Peneliti juga telah melakukan proses penyimpanan ke dalam DNA yang dikemas dalam bidang siliki dengan diameter 150 nanometer. Untuk mensimulasikan penyimpanan ini, DNA disimpan pada suhu antar 60 hingga 70 derajat celcius dalam waktu satu bulan.
Melalui cara ini, peneliti beranggapan bahwa suhu tinggi ini adalah salah satu cara yang dilakukan alam pada fosil selama ratusan tahun. Selain penyimpanan DNA dalam silika, peneliti juga membuat penyimpanan dengan metode lainnya menggunakan kertas filterisasi yang diresapi dengan biopolimer, untuk mengetahui hasil perbandingan penyimpanan
Cara Kerja Genetika.
Proses Logika Penyimpanan Genetik (DNA)
Berpedoman pada pemikiran sekelompok peneliti asal The Chinese University of Hong Kong mencari cara bagaimana menyimpan data ke dalam DNA bakteri. Ternyata tidak sulit. Pada bakteri, ada empat basis DNA yang bisa digunakan untuk membuat untaian DNA yakni Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G), dan Thymine (T). Artinya, penyimpanan akan menggunakan sistem angka basis empat.
Angka basis 4 ini kemudian diubah ke dalam sistem DNA yang menggunakan kode A, T, C, dan G di mana A menggantikan angka 0, T menggantikan 1, C menggantikan angka 2, dan G pengganti angka 3.
Dalam Pemrosesannya, data akan mengalami tahap – tahap :
Encode
Synthesize
Sequence
Decode
1. ENCODE
proses pegkodean
Data yang akan disimpan dalam DNA, akan terlebih dahulu mengalami beberapa tahap pengkodean.
Contoh :
mengubah kata “iGEM” ke dalam kode yang siap disimpan dalam DNA, Mereka menggunakan tabel ASCII untuk mengonversi setiap huruf ke dalam nilai numerik. Dalam hal ini, digunakan huffman kode. Jadi, Misalnya i = 105, G = 71, dan seterusnya. Angka ini kemudian diubah menjadi penomoran basis 4 yakni 105 menjadi 1221, 71 menjadi 0113 dan seterusnya. Angka basis 4 ini kemudian diubah ke dalam sistem DNA yang menggunakan kode A, T, C, dan G, sehingga , kata iGEM disimpan di dalam DNA sebagai ATCTATTGATTTATGT.
Berikut gambar Pengkodean Digital dalam DNA
Keterangan:
(Dengan warna biru) Di sini digit biner memegang kode ASCII untuk bagian dari Shakespeare soneta 18, diubah ke basis-3.
(warna merah) Menggunakan kode Huffman yang menggantikan setiap byte dengan lima atau enam basis-3 digit (trits). Hal ini pada gilirannya dikonversi in silico ke kode DNA kita
(Warna hijau) Dengan penggantian setiap trit dengan salah satu dari 3 nukleotida yang berbeda dari yang sebelumnya digunakan, memastikan tidak ada homopolimer yang dihasilkan. Ini membentuk dasar untuk sejumlah besar tumpang tindih segmen panjang 100 basis dengan tumpang tindih dari 75 pangkalan, menciptakan redundansi empat kali lipat
Dengan segmen alternatif terbalik dilengkapi untuk data keamanan tambahan, ungu). Kode DNA Indexing ditambahkan (kuning), juga dikodekan sebagai nukleotida DNA non-berulang.
2. SYNTHESIZE
Data yang sudah selesai di enskripsi, dan siap untuk disimpan dalam DNA, memasuki proses synthesize, dimana proses ini adalah penempatan data pada sel – sel bakteri.Dalam pemrosesannya, peneliti membuat tiga struktur bagian untuk seluruh DNA yakni header, message, dan checksum.
Keterangan:
Data disintesis DNA dengan menggunakan proses yang tersedia secara komersial dikembangkan oleh Agilent Technologies, proses ini mirip dengan jet tinta cetak kecuali empat kartrid warna diganti dengan empat kartrid nukleotida.
Tumpukan warna di piring adalah untai DNA dan nukleotida ditambahkan oleh nukleotida "ink-jet" yang melayang di atas piring, dengan proses inilah data ditempatkan pada sel – sel bakteri.
3. SEQUENCE
Data yang telah disimpan dalam bakteri, dapat diambil kembali melalui proses Sequence, dimana Sebuah decrypter akan mengambil DNA dan menjalankannya pada sebuah teknologi yang disebut next-generation high-througput sequencing (NGS). Tipe sequencing ini dapat menganalisa dan membandingkan banyak copy dari sequence yang sama dan menggunakan modus terbanyak untuk mengetahui basis data mana yang benar dan data mana yang telah mengalami perubahan. Setelah itu, algoritma kompresi akan dibalikkan untuk mengembalikan data mentah ke dalam bentuk aslinya.
Keterangan:
Untai awal DNA beruntai ganda dipanaskan sampai memisahkan dua helai (warna biru) dan kemudian didinginkan untuk memungkinkan taq polimerase (dalam warna hijau dan pink) untuk melampirkan kedua untai, Taq polymerase membangun untai komplementer (garis berlekuk-lekuk biru) dalam 5 'ke 3' arah dan setelah itu dilakukan dengan proses berulang, DNA ini kemudian diurutkan oleh suatu proses yang juga dikembangkan oleh Agilent Technologies.
4. DECODE
Proses Decode adalah penyusunan kembali pecahan-pecahan data dalam urutan yang benar agar rangkaian DNA tersebut bisa diterjemahkan kembali menjadi data yang dapat digunakan.Sampai tahap ini, data sudah disimpan dalam bentuk enkripsi, untuk mengembalikan data kembali utuh seperti semula, diperlukan semacam kata sandi untuk menyusunnya kembali, karena data yang disimpan dapat dienkripsi–diacak sehingga tidak dapat dibaca tanpa memasukkan semacam kata sandi.
Dengan menggunakan cara tersebut berhasil menyimpan data bakteri E.coli. Dalam uji coba, data sebesar 90 gigabita (gigabyte) disimpan dalam 1 gram bakteri yang setara dengan 100 juta sel. Data yang disimpan dapat dienkripsi–diacak sehingga tidak dapat dibaca tanpa memasukkan semacam kata sandi.
Kelebihan DNA
1. Seperti dilansir dari Sciencedaily, Senin (16/2/2015) DNA diungkapkan cocok oleh para ilmuwan dari Departemen ETH Zurich Kimia dan Ilmu Terapan Bioscience, karena mampu melestarikan sejumlah informasi dalam kurun waktu hampir 100 tahun lamanya.2. penyimpanan bebas dari kesalahan informasi
3. Tahan Terhadap segala kondisi yang tidak memungkinkan
Kekurangan DNA
Namun masih ada masalah besar yang dihadapi yaitu biaya dan kecepatan. Proses pembacaan dan penulisan DNA benar-benar sangat mahal dan lama, meskipun efisiensi dan kepadatannya sangat tinggi. Menurut perkiraan diperlukan USD 12.400 untuk mengkodekan setiap 1 megabyte data, dan USD 220 untuk membacanya kembali.
Kesimpulan
Pada masanya, dengan perkembangan teknologi yang semakin maju, sama halnya dengan harga per byte data penyimpanan sekarang, yang semakin murah dibandingkan 10 tahun lalu, tampaknya DNA akan menjadi pilihan penyimpanan di masa depan.
Saran
Semoga kita dapat mengembangkan penyimpanan genetic ini di Universitas kita sendiri.