DNA ukládá data do bitů po epigenetické upgrade

DNA ukládá data do bitů po epigenetické upgrade

DNA existuje již tisíce let Preferované zařízení pro ukládání dat Humanity. Tvrdý a kompaktní, je to tak husté informace, že jeden gram je dostatek dat po dobu 10 milionů hodin vysokého rozlišení video může uložit.

Ale vždy existuje prostor pro zlepšení.

Nová metoda nyní umožňuje ukládat informace do DNA jako binární kód - stejné 0s a 1s používané konvenčními počítači. Tato metoda by mohla být jednoho dne levnější a rychlejší než kódování informací v sekvenci stavebních bloků, které tvoří DNA, kterou v současné době používají buňky, a většinu snah o tak učinit Ukládání uměle generovaných dat odpovídá použité metodě.

Metoda je tak jednoduchá, že 60 dobrovolníků z různých oborů bylo schopno ji použít k uložení textu podle svého výběru. Mnoho z nich zpočátku nevěřilo, že by tato technika fungovala, říká Long Qian, výpočetní syntetický biolog na Pekingské univerzitě v Pekingu a autor studie 1, který popisuje technologii.

"Jakmile viděli sekvenci a dostali zpět správné linie, začali věřit, že to dokážou," vysvětluje. Studie byla dnes zveřejněna v přírodě.

Krátké úložiště

Tato technika je jen jednou z mnoha Snažit se proměnit DNA na udržitelnou alternativu na tradiční, Možnosti elektronického skladování To nemůže udržet tempo s rostoucí produkcí dat na světě. "Dosahujeme fyzických limitů," říká Nicholas Guise, fyzik v Georgia Tech Research Institute v Atlantě. "A neustále vytváříme více dat."

Obrovská skladovací kapacita DNA z ní činí atraktivní alternativu. Dále může DNA, když je chráněna před vlhkostí a ultrafialovým světlem, může trvat stovky tisíc let. Naproti tomu je třeba každých několik let vyměnit elektronické pevné disky nebo se údaje zkorumpované.

Nejviditelnějším způsobem, jak uložit informace do DNA, je vložit data do sekvence DNA, což je proces, který vyžaduje syntetizovaný pramen DNA od nuly. Tento přístup je pomalý a mnoho řádů dražší než elektronické ukládání dat, vysvětluje Albert Keung, syntetický biolog na North Carolina State University v Raleighu.

Aby se Qian a její kolegové rozvíjeli levnějším a rychlejším způsobem „Epigenom“ - řada molekul, které buňky používají k řízení genové aktivity, bez úpravy samotné sekvence DNA. Například může Takzvané methylové skupiny se přidávají nebo odstraní z DNA změnit jejich funkci.

Qian a její kolegové vyvinuli systém, ve kterém by mohla být do reakční nádoby přidána řada krátkých, prefabrikovaných „stavebních bloků“ - s methylovými skupinami nebo bez methylu - za vzniku rostoucího řetězce DNA se správným binárním kódem. Pro načtení dat používají vědci technika sekvenování DNA, které mohou detekovat methylové skupiny podél řetězce DNA. Výsledky lze interpretovat jako binární kód, kde přítomnost methylové skupiny odpovídá 1 a nepřítomnost odpovídá 0.

Panda portrét v DNA

Protože tato technika používá předem vyrobené fragmenty DNA, mohla by být dále optimalizována tak, aby umožňovala hromadnou výrobu, říká Keung. To by bylo mnohem levnější než syntetizování na míru na míru řetězce DNA pro každý kousek informací, které mají být uloženy. Dalším krokem, říká Keung, bude vidět, jak dobře se systémové měří tak, aby vyhovovaly velkým souborům dat.

Jako krok v tomto směru Qian a její kolegové kódovali a přečetli pokyny, aby vytvořili obraz tygra z dynastie Han ve starověké Číně a barevný obraz panda ve svěží zeleni. Obrázky byly kódovány v téměř 270 000 1s a 0s nebo „bity“.

Prozatím musí pole snížit náklady, než bude moci konkurovat elektronickému ukládání dat, říká Guise. "Skladování DNA má stále dlouhou cestu, než se může stát komerčně relevantní," říká. "Ale je třeba rušivé technologie."

1. Zhang, C. a kol. Nature 634, 824–832 (2024).

   Článek
   Google Scholar

Stáhnout odkazy