DNA ストレージ市場: テクノロジー別の情報 (合成によるシーケンスおよびナノポアシーケンス)、展開 (クラウドおよびオンプレミス)、エンドユーザー (病院)、および地域別 — 2031 年までの予測

市場概況

DNA ストレージは、バイナリ データを人工の合成 DNA 鎖にエンコードするプロセスです。バイナリ数字は 1 と 0 から文字 A、C、G、および T に変換され、バイナリ デジタル ファイルが DNA に保存されます。文字 A、C、G、および T は、DNA を構成する 4 つの固有のヌクレオチド、つまりアデニン、シトシン、グアニン、チミンを表します。物理的な記憶媒体は、As、C、G、および T が連続した合成された DNA 鎖です。 Cs、Gs、および Ts は元のデジタル シーケンスにデコードされてデータが復元されます。

DNA ストレージには多くの利点があり、特にストレージの面でその急速な成長を促進しています。 DNA の情報記憶密度は、他の既知の記憶技術よりも数桁高いです。フラッシュ メモリは、1 ビットのデータを約 10 ナノメートル (nm) で保存します。 DNA は 0.34 nm あたり 2 ビットを保存できます。 1 キログラムの DNA は 2 × 1024 ビットを保存できますが、これにはフラッシュ メモリ用に 109 kg 以上のシリコンが必要です。数十キログラムの DNA があれば、今後何世紀にもわたる世界の保管ニーズを満たすことができます。

世界の DNA ストレージ市場は、2023 年から 2031 年の予測期間中にCAGR 3.8%で成長すると予想されます。

市場動向

安定性は、DNA ストレージ市場の成長を促進するもう 1 つの主要な要因です。磁気メモリ、光学メモリ、フラッシュ メモリなどの従来の形式のデータ ストレージは時間の経過とともに劣化し、テクノロジーは陳腐化します。一方、DNA の保存は非常に安定しており、分子の半減期は 500 年を超えています。したがって、DNA は、次世代データ ストレージ市場で最も豊富でスケーラブルな提案の 1 つであると考えられています。

インターネット時代におけるデータ保管の危機が、DNA 保管技術の必要性の主な原因です。専門家は、2025 年までに人類は毎年 160 ゼタバイトのデータを生成すると予測しています。生成されるデジタル データの量が急激に増加するにつれて、デジタル データ ストレージ プラットフォームは現在、ストレージ容量を上回っています。フラッシュメモリなどの現代のデジタル情報ストレージ技術はシリコンベースのマイクロエレクトロニクスに依存しており、2040年までに世界のデータを保存するには1,000キログラム以上のウエハーグレードシリコンが必要となる。

単結晶ウェーハグレードのシリコンの予測供給量は増加する需要を満たすには不十分であるため、科学者たちは今後数年間の世界の情報ストレージのニーズをサポートするための新しい持続可能な材料を探索しています。自然界から提供される DNA (デオキシリボ核酸) は、保管上最も望ましい問題であることが判明しています。 DNA は生物生命を支配するすべてのコードの記憶システムであり、より高い記憶密度を提供し、何十万年も保存することができます。

前述のすべての要因により、DNA は、近い将来に人類が予測する情報保存の問題に対する理想的な解決策となります。

市場の推進力

DNA は、将来的にデータを保存するための手間のかからない高密度メディアとして人気を集めています

DNA は、スケーラブルでランダム アクセス、エラーのないデータ ストレージ システムであり、急速な成長を推進しています。長期データストレージの有用性と寿命の長さも、市場の成長を促進する要因です。次世代シークエンシングの進歩により、DNA に保存されたデータを迅速かつエラーなく読み出すことが可能になりました。 DNA は膨大な量のデータを高密度の媒体に保存できるため、今後数年間のデータ保存危機を解消できます。

このカタログは、ケンブリッジ コンサルタントと提携して、1 日あたり 1 TB のデータを合成する独自の DNA データ ストレージ マシンを構築した最初の商用 DNA ストレージ企業の 1 つです。この製品はコスト効率が高く、アーカイブ データ ストレージへのアプローチに革命をもたらし、次世代ストレージ テクノロジのさらなる進歩への道を切り開きます。

市場の制約

DNA合成のコストがその進歩を制限している

DNA 合成方法は有機化学の方法論に大きく依存しています。しかし、これらの手順は古くからあるものです。新しい DNA 配列を合成するには、それらを交換またはアップグレードする必要があります。ただし、非生物学的 DNA 合成法の非効率性により、アップグレードには限界があります。こうした非効率性により、DNA に保存されるデータ ファイルのサイズが制限されており、これが市場の大きな制約となっています。

市場機会

近い将来の市場成長を促進する技術的および生物学的方法論の進歩

DNA断片を合成するために技術的に操作された生物学的酵素は費用対効果も高く、今後数年間で市場の成長を促進すると予想されます。 DNA を合成する生物学的アプローチは、費用対効果の高い DNA ストレージの成長の触媒として機能します。この分野を前進させるには、DNA に保存されたデータをより高速に読み取るための新しい技術が必要です。商業開発者と多くの学術機関は、コストを大幅に削減し、DNA へのデータの保存をサポートする新技術を促進する第 2 世代の合成技術を開発しています。

安価な DNA 合成技術に加えて、データをコンパクト、高速、簡単に読み出すためには、DNA 記憶装置に合わせた高度なコーディング スキームとオペレーティング システムも必要です。生物学にヒントを得たメカニズムによって促進されるデータのランダムアクセス検索と、増加したデータ密度を調査するための DNA 修飾技術の利用により、予測期間中にデータアクセスとコンピューティングに対する世界的なアプローチに革命が起こると予想されます。

より多くの投資家や市場参加者を惹きつけるための有利な機能を低コストで提供

DNA ストレージの数桁の優れたストレージ密度と長期安定性に対する説得力のある利点は、近い将来の市場成長にとって有利な要素です。特に DNA 合成技術の費用対効果が高まるにつれて、データ記憶媒体としての DNA の商用利用を促進するために、これらの重要な競争上の利点を活用するために、いくつかの企業がこの技術に投資しています。これに関連して、データのランダム アクセス取得用に調整されたオペレーティング システムを搭載したコンピューターも、生産、保存、アクセスに加えてコンピューティングの新しいパラダイムの先駆けとなります。

分析

予測期間中に大幅な成長を示す合成セグメント別のシーケンス

DNA データの保存には、DNA 合成によるコードの書き込みと、DNA シーケンスによるコードの読み取りが含まれます。これにより、DNA を短期および長期の保存ソリューションとして使用できるかどうかが決まります。 DNA 合成に現在使用されている主な方法論は、マイクロ流体システム、インクジェット印刷技術、デジタル フォトリソグラフィー、電気化学などの新技術に裏打ちされたホスホラミダイト化学に基づいています。これらの方法には、シーケンスの長さ、エラー率、製品の量、生産時間、コストの点でトレードオフがあります。

DNA 合成は、大量の短いオリゴ配列を生成するマイクロアレイ ベースのオリゴヌクレオチド合成技術を使用して行われます。これらの配列をつなぎ合わせて、より長い遺伝子配列を生成します。マイクロアレイベースのオリゴヌクレオチド合成技術は、当初、改良されたホスホルアミダイト合成プロセスを使用してマイクロチップ表面に付着したオリゴヌクレオチドを合成するために開発されました。これは、大量の一意のシーケンスを並行して生成する効率的な方法です。この方法は、カラムベースのオリゴよりもはるかに安価です。

covid-19の影響

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックにより、ロックダウンが課され、生産損失が発生し、製造業、BFSI、小売業の各部門に大きな影響を及ぼし、世界的に事業活動が混乱していることはよく知られています。パンデミックを考慮して、多くの製造工場、研究施設、研究所が閉鎖されています。必需品企業も労働力不足と社会的距離の確保により生産を継続できなくなっている。したがって、新型コロナウイルス感染症の流行により、世界の DNA または次世代データ ストレージ市場はわずかに減少していると結論付けることができます。

地域分析

ヨーロッパは今後数年間で市場が大幅に成長するとみられる

パリに本拠を置く DNA Script は、Illumina Ventures、Merck Ventures、Sofinnova、Kurma、Idinvest、Bpifrance、および欧州委員会から官民の融資で 2,500 万米ドルを受け取りました。研究チームは、2015年にコドン（DNAの3文字鎖）の合成、2016年に10ヌクレオチド長のDNA鎖の酵素合成、2017年に30ヌクレオチドのDNA鎖の酵素合成ですでに記録を打ち立てていた。 、2018年にはDNAの50ヌクレオチド鎖と150ヌクレオチド鎖の酵素合成を開発した。同社はこれらの技術を間もなく商業化する計画を発表した。

英国に本拠を置く遺伝子合成の開発会社である Evonetix は、10,000 の並行反応を独立して制御できる新しいシリコン アレイ DNA 合成プラットフォームに統合された酵素合成技術を開発しています。同社は、この新しいソリューションにより DNA 合成コストと製品回転時間が大幅に削減され、将来の DNA ストレージ業界に新たなベンチマークが設定されると主張しています。

最近の動向

• 2017 年 4 月、合成生物学会社で合成 DNA を製造する業界リーダーである Twist Bioscience は、Gingko Bioworks や Microsoft などの企業と大量の合成 DNA を購入するための複数の契約を締結しました。 Twist Bioscience はまた、2016 年 4 月に Microsoft と、DNA を使用して保存された 200 MB のデータを記録する契約を締結しており、4 月の契約によりその記録は 400 MB になりました。
• テクノロジー巨人マイクロソフトは、DNA ストレージの研究に多額の投資を行っています。同社は、2020年末までに、DNAにデータを保存する商用システムのプロトタイプを完成させる計画で、そのサイズは1970年代のゼロックスのコピー機とブティックアプリケーションほどになる見込みだ。データのエンコードにかかるコストの削減は、同社にとって有益であることが証明されています。 2012 年には、0.74 MB のデータを DNA にエンコードするのに 1 MB あたり 12,400 米ドルのコストがかかっていましたが、2017 年には 1 MB あたり 3,500 米ドルに下がりました。
• 英国に本拠を置き、単一分子の直接電子分析のためのナノポアシークエンシング製品の開発会社であるオックスフォード・ナノポア・テクノロジーズは、スマートフォンや他の低電力デバイスを使用してリアルタイムの DNA シーケンシングを可能にする SmidgION を開発しています。