DNA als duurzame harde schijf

Een miljoen filmkopieën encoderen in kunstmatig dna en bewaren in een duimgrote reageerbuis. Het klinkt futuristisch, maar het is wetenschappers van het Franse filmbedrijf Technicolor gelukt. Microsoft is bezig met een vergelijkbaar project. Data-opslag op dna is booming. Dat is niet zo vreemd, want in potentie is dna de harde schijf van de toekomst. Toch zal het nog wel even duren voordat het grote publiek foto’s en andere data op dna op kan slaan.

 ‘Zo ziet de toekomst van de film- en data-archivering eruit.’, zei Jean Bolot vorige week woensdag in Los Angeles, terwijl hij de reageerbuis met daarop een miljoen kopieën van de Franse film ‘La voyage dans la lune’ uit 1902 triomfantelijk in de lucht stak. De archivering van films, die per filmstudio makkelijk enkele vierkante kilometers aan opslagruimte in beslag kan nemen, zal volgens Bolot in de nabije toekomst passen in een capsule ter grootte van een Lego-steentje. Allerminst science-fiction, zo stelt Lude Franken, die zich als hoofddocent aan het UMC Groningen met dna-onderzoek bezighoudt.

‘Het is al enige jaren bekend dat het mogelijk is om kunstmatig gecreëerde dna te gebruiken voor data opslag. Nu is het ook gelukt een groot aantal films te encoderen, dat is natuurlijk fascinerend.’ Kunstmatig dna is gemaakt van dezelfde moleculen als zijn natuurlijke tegenhanger. Die moleculen worden wereldwijd nagemaakt in laboratoria. Ook in Nederlandse labaratoria, waaronder die van Groningen, wordt gewerkt met kunstmatig gegenereerde dna. ‘Kunstmatige dna is gewoon te bestellen bij gespecialiseerde bedrijven’, aldus Franke.

Mogelijkheden

Op dna kan uitstekend informatie worden opgeslagen. ‘Een computer werkt met binaire code, een reeks bouwstenen die bestaat uit nullen en enen. Bij dna bestaan deze bouwstenen uit zogeheten nucleobasen, waarvan vier types bestaan die worden afgekort met C, G, A en T. Zo verdubbelt de informatie die je per bit kwijt kan, want in plaats van twee cijfers heb je bij dna vier letters per bouwsteen. In één individuele cel kan je ongeveer de informatie kwijt die op een CD’tje past. Voor een DVD heb je zeven cellen nodig. Het is de kleinst mogelijke vorm om informatie in op te slaan, kleiner zal het in de toekomst niet snel worden.’

Bovendien is dna een zeer stabiel opslagmedium. ‘Usb-sticks, CD’s en DVD’s zijn allemaal magnetisch, magnetische velden veranderen na verloop van tijd en dan raakt de informatie beschadigd. Terwijl we uit de overblijfselen van mammoeten en neanderthalers nog dna kunnen aflezen, zo lang blijft het goed. Dna is een veel duurzamere harde schijf.’

Moeilijkheden

Toch is volgens Franke ‘een reality-check op z’n plaats.’ De uitdaging zit namelijk niet zozeer in het opslaan van informatie, maar in het weer teruglezen ervan. ‘Het encoderen van informatie is al niet goedkoop, de kosten van het decoderen liggen vele malen hoger. Dat gaat niet zomaar met een microscoop, daar is apparatuur voor nodig die tonnen kost. Daar bovenop komen nog de kostbare chemicaliën die nodig zijn om de informatie te kunnen lezen.’ Franke wordt bijgevallen door collega Edwin Cuppen, hoogleraar Humane Genetica aan het UMC Utrecht. ‘Het is op dit moment nog erg lastig – en dus duur – om informatie via dna te coderen en encoderen. Het is daarom niet mogelijk om deze techniek routinematig te implementeren.’

Franke noemt het eigen onderzoek als voorbeeld. ‘Veel ziektes worden erfelijk bepaald. Voor onderzoek naar zulke ziektes zou je het liefst het dna van alle Nederlanders willen bekijken. Maar op dit moment kost het nog vijftienhonderd euro om het dna van één individu af te lezen. Die prijs moet zo snel mogelijk omlaag om het medisch toepasbaar te maken, want het aantal patiënten met detecteerbare erfelijke ziekten ligt ontzettend hoog en groeit alleen maar. Voor onderzoek naar een groep van 150.000 mensen zal je al meer dan tweehonderd miljoen euro kwijt zijn. Dat geld is er gewoon niet.’

Geen gejuich

En dat terwijl de prijs van het encoderen en decoderen van dna nu al vele malen lager ligt dan in het verleden. Franke: ‘Vijftien jaar geleden kostte het aflezen van een genoom nog een miljard euro, nu vijftienhonderd euro. Het tempo waarin de prijs omlaag gaat neemt alleen wel snel af. Maar over vijf a tien jaar zou je kunnen denken aan tweehonderd, misschien honderd euro voor het uitlezen van het dna van een mens. Dat is nog steeds veel te duur om op brede schaal in te zetten. Ook voor films, want voor een film op DVD-kwaliteit ben je dus alweer zeven keer zoveel kwijt.’

De jubelstemming in het buitenland verbaast Franke weinig: ‘Ze presenteren het met veel bombarie omdat ze weten dat het bij het grote publiek indrukwekkend klinkt. Het is wel een prestatie, maar het wekt vooral de aandacht, zo simpel is het.’ Ook Cuppen is sceptisch. ‘Het is een mooie stap, maar het is nog te vroeg om te juichen. Er zal nog een hoop moeten gebeuren voordat DNA-dataopslag op grote schaal kan worden ingezet.’ De dna-cloud is dus nog ver weg, benadrukken beide heren. ‘Ik denk dat niemand van ons die nog mee gaat maken’, benadrukt Franke.

‘We kunnen in Nederland wel wat meer lef gebruiken’

Vandaag gaan ruim vijftig auto’s de A2 op die in staat zijn grotendeels zichzelf te besturen. Een succesvolle proef zou een belangrijke stap zijn voor de Nederlandse veiligheidsinnovatie. Toch behoort ons land toch niet tot de kopgroep van innovatielanden. ‘Ons huidige politieke systeem biedt te weinig ruimte voor risico’, stelt Wim van Rooijen, trendverkenner en innovatieversneller bij Fountainheads.

Het gaat de laatste jaren toch weer steeds beter met Nederland?

‘De economie herstelt zich wel van de crisis, maar de arbeidsmarkt groeit niet op gelijke voet mee. Op nationaal niveau zie je tegenwoordig dat economische groei op de middellange termijn niet ook automatisch meer banen oplevert. Economen spreken tegenwoordig dan ook steeds vaker van een jobless economic growth. Dat komt omdat de economie constant verandert, maar onze maatschappij beweegt niet altijd snel genoeg mee.’

De veranderende economie leidt in dit geval, mede door innovatie, zelfs tot banenverlies. Veel beroepsgroepen voelen het effect van robotisering en moeten vrezen voor hun baan. Waar ligt voor hen de toekomst?

‘We bewegen toe naar wat ook wel de next economy wordt genoemd. Ontwikkelingen op het gebied van digitalisering en internet zijn tegenwoordig vrijwel allesbepalend. Computers waren in de vorige eeuw feitelijk nog vrij domme dingen. Tegenwoordig werken we met hoogontwikkelde chips, die ruimte bieden aan het verwerken van Big Data en slimme algoritmes. Dat biedt zo veel meer mogelijkheden. Op de korte termijn betekent dat inderdaad dat verdere mechanisatie en robotisering heel veel banen gaan kosten, dat is nu eenmaal een realiteit waar je niet aan ontkomt. Dat betekent dat je oplossingen moet gaan bedenken die ook voor de middellange termijn houdbaar zijn.’

Aan welke oplossingen denkt u dan?

‘Een mogelijkheid zou kunnen zijn om een keer kritisch te kijken naar de huidige werkverdeling. We zijn ooit van een zesdaagse naar een vijfdaagse werkweek gegaan, het kan een oplossing zijn om in de toekomst terug te gaan naar vier. Een aanzienlijk deel van de werkgevers zal in eerste instantie op de achterste poten staan, want die krijgen dan meer personeel in dienst, maar naar zo’n oplossing moeten we durven kijken. Ook moeten we af van het beeld dat werk en inkomen onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. In de toekomst zullen ze moeten worden losgekoppeld. Sommige vormen van werk betalen nu eenmaal steeds minder, of worden vrijwillig gedaan, terwijl ze niet minder belangrijk zijn geworden binnen onze maatschappij. Er zullen dus nog altijd mensen nodig zijn om dat werk te verrichten. Die arbeidskrachten moet je dan op een andere manier gaan belonen. Een basisinkomen is dan opeens helemaal niet zo’n gek idee. Eventueel is zelfs een hybride vorm van zowel basisinkomen als een andere werkverdeling misschien wel het meest toekomstbestendig.’

Werkgevers in Nederland moeten dus meegroeien met de economie, maar faciliteren bestuurders en wetgevers in ons land ook voldoende innovatie?

‘Het is nu eenmaal zo dat op het gebied van innovatie bestuurders vaak achter de stoet aanlopen. Ze worden afgeschilderd als het anker achter de boot. Deze kritiek is maar deels terecht. Ondernemers en bedrijven hebben over het algemeen meer speelruimte om te innoveren, ook als een bedrijf hiermee risico loopt. Overheden worden juist afgerekend op risico’s en bouwen om dat te voorkomen zekerheden in. Die zekerheden staan ruimte om te innoveren vervolgens weer in de weg. Nederlandse bedrijven zouden baat hebben bij regelvrije zones, waarin geëxperimenteerd kan worden. Je hebt immers de theorie, van wat kan werken, maar je hebt ook de praktijk nodig om nieuwe ideeën uit te kunnen testen. In die ruimtes gaan er dan ook weleens dingen mis, maar dat risico is onlosmakelijk verbonden aan innovatie. Zie grote bedrijven en organisaties als olietankers, die er enorm lang over doen om te draaien wanneer ze de verkeerde route varen. Zulke bedrijven hebben beweeglijke speedbootjes nodig die de boel kunnen verkennen, zodat ze bij koersverandering van tevoren preciezer weten in welke richting ze varen. Die speedbootjes zijn de bedrijven die in zulke vrije zones opereren en dus veel flexibeler en innovatiever zijn. Vanuit de politiek zou er tegelijkertijd vaker best wat helderder naar de burger gecommuniceerd mogen worden. We hebben behoefte aan een bestuurder die eerlijk durft aan te geven: ‘We gaan dit proberen, er is een risico aan verbonden, maar er is een goede kans dat het wat oplevert.’ Daar is in het huidige politieke systeem te weinig ruimte voor. Politici zijn grotendeels afhankelijk van herverkiezing en de Nederlandse burger straft ze vaak genadeloos hard af op hun fouten. We zijn als burger dus ook zeker zelf verantwoordelijk.’

Deze beperkingen aan het sociaal-economische stelsel zijn niet uniek voor Nederland. Kunnen wij ons ondanks deze beperkingen nog wel meten met de wereldtop?

‘Internationaal gezien staat we er heel gemengd op. Er is een aantal zaken die we heel goed doen in Nederland. Op het gebied van bijvoorbeeld weg- en waterbouw, voedingsmiddelen, in de agrarische sector en op logistiek vlak. Allemaal sectoren waarin we heel innovatief bezig zijn en echt vooroplopen in de wereld. Aan de andere kant, in een belangrijke sector als energie doen we het slecht, heel slecht. Misschien ligt dat aan de sterke lobby van grote fossiele bedrijven in deze sector. In de Europese lijstjes op het gebied van duurzame productie van energie bungelt Nederland steevast ergens onderaan.’

Wat moet er volgens u in ons denken veranderen?

‘Nederland moet in ieder geval meer openstaan voor nieuwe ideeën, op alle niveaus van de samenleving. Een voorbeeld is bijvoorbeeld de zelfrijdende auto van Google. Tot nu toe komt die vooral in het nieuws wanneer er een testmodel bij een ongeluk betrokken is. In die nieuwsberichten wordt zelden genoemd dat de auto op zo’n moment al ruim een miljoen kilometer heeft gereden, waarin er welgeteld tien ongelukken zijn gebeurd. De doorsnee autobestuurder haalt zo’n gemiddelde bij lange na niet. Bovendien was ervan dat ongeluk maar ééntje waarbij de fout daadwerkelijk bij de auto lag, de rest lag bij de andere, menselijke bestuurders. In Amerika zie je dat verschil in denken mooi terug, met de staat Californië die het aandurft om een vrij zone in te stellen waarin autonome auto’s getest mogen worden. Daar rijden Google auto’s nu al een tijd op de openbare weg en worden er enorme sprongen gemaakt. Om innovatief te zijn, is zo’n houding nodig. Op dat vlak kan Nederland wel wat meer lef gebruiken.’

Blockchain overschaduwt bitcoin

De bitcoin staat sinds vorig jaar weer in het centrum van de belangstelling. Dankzij de blockchain, het ondersteunde transactiesysteem dat handel in bitcoins mogelijk maakt. Honderden bedrijven op Wall Street zien toekomst in de technologie. Op de internationale Bitcoin/Blockchain conferentie, die op dit moment in New York gehouden wordt, is de boodschap duidelijk. Alles draait nu om de blockchain.

De bitcoin was begin deze week weer even trending topic op Twitter. Het elektronische betaalmiddel werd in 2009 geïntroduceerd door Satoshi Nakamoto, een pseudoniem dat deze week werd opgeëist door computergeleerde Wright. Die claim werd direct weer in twijfel getrokken. In New York is niemand met de uitvinder van de bitcoin bezig. Want de blockchain, daar zit de toekomst.

Topje van de ijsberg

Jerry Cuomo, vice-president bij het Amerikaanse Blockchain Technologies, legt de verhouding tussen bitcoin en de blockchain als volgt uit: ‘Stel dat de blockchain voor 100% aan kansen biedt, dan maakt de bitcoin als valuta daar slechts 1% van uit.’ Daarmee stipt Cuomo direct het belangrijkste verschil aan tussen de bitcoin en de blockchain. De eerste is de valuta, de elektronische munt, en slechts het topje van de ijsberg. Blockchain is het systeem dat achter de munt schuilgaat. Hoe werkt dat nu precies?

De bitcoin is een voorbeeld van cryptovaluta, een alternatieve betaalwijze waarbij de valuta wordt versleuteld door een computer. De kracht van de bitcoin ligt in haar flexibiliteit. In het versleutelproces kan de gebruiker zelf de waarde bepalen van de eenheden waaruit een bitcoin bestaat. Een enkele bitcoin bevat honderd miljoen van dit soort eenheden, die ieder individueel te programmeren zijn. Zij kunnen dus euro’s of dollars vertegenwoordigen, maar een ook staan voor een huis of een auto.

Bij transacties met virtuele valuta is controle nodig om fraude voorkomen. Daar zorgt de blockchain voor. De blockchain maakt het mogelijk om met de bitcoin te handelen en de echtheid van een transactie te controleren. Bij non-virtuele valuta houdt iedere persoon of bedrijf een eigen boekhouding bij met inkomsten en uitgaven. Deze boekhoudingen zijn lang niet altijd openbaar. Bij transacties is er daarom een derde partij nodig, die de echtheid van een transactie controleert. Meestal zijn dit overheden, banken of notarissen. Partijen waarvan men vertrouwt dat zij eerlijk hun werk uitvoeren.

De bitcoin maakt gebruik van de blockchain. Dit is een netwerk van computers, die gezamenlijk een open boekhouding bijhouden. Transacties tussen twee partijen worden, door middel van complexe computerberekeningen, eerst gecontroleerd door alle andere partijen in het netwerk. Alle transacties worden bijgehouden in een groot digitaal logboek, dat voor iedereen binnen het netwerk toegankelijk is. Het bevat alle data van iedere eigenaar, inclusief het saldo waarover hij/zij beschikt. Pogingen tot fraude kunnen zo eenvoudig worden getraceerd. Vertrouwen in een derde partij is zo overbodig geworden, want iedereen controleert iedereen. Zelfs de beheerder van het netwerk ontkomt daar niet aan. Dat is het revolutionaire van de blockchain.

Toekomst

Het is dus de zekerheid van het systeem dat de blockchain zo interessant maakt. In april kwamen directeuren van alle grootmachten van Wall Street samen bij het Amerikaanse bedrijf Nasdaq, om gezamenlijk de toepassingen van de blockchain te verkennen. De interesse is dus groot, ook in New York wijst men enthousiast op de mogelijkheden. De blockchain zou in de toekomst bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden om hypotheken en verzekeringen af te sluiten. Ook kunnen ingewikkelde financiële pakketten, zoals de niet-transparante hypotheekbundels die ten grondslag lagen aan de crisis in 2008, met behulp van de blockchain weer worden gecontroleerd bij transacties.

Aan de andere kant bevindt de technologie zich nog in de beginfase. Om blockchain breder inzetbaar te maken, moeten er belangrijke technische veranderingen worden doorgevoerd. Juist omdat de blockchain van iedereen moet zijn, bestaat er geen formeel bestuur. De ontwikkelaars die veranderingen kunnen doorvoeren liggen al maanden met elkaar in de clinch over de te varen koers. Toch worden de negatieve geluiden overstemt door positieve klanken. Dat was enkele jaren geleden nog precies andersom. De blockchain is de hype voorbij.