DNA lagrer data i bits efter epigenetisk opgradering

DNA lagrer data i bits efter epigenetisk opgradering

DNA har eksisteret i tusinder af år menneskehedens foretrukne datalagringsfacilitet. Hård og kompakt, den er så informationstæt, at et gram er nok data til 10 millioner timers høj opløsning video kan spare.

Men der er altid plads til forbedringer.

En ny metode gør det nu muligt at gemme information i DNA som binær kode - de samme 0'ere og 1'ere, der bruges af konventionelle computere. Denne metode kunne en dag være billigere og hurtigere end at kode information i sekvensen af ​​byggesten, der udgør DNA, som i øjeblikket bruges af celler og de fleste anstrengelser for at gøre det Lagring af kunstigt genererede data svarer til den anvendte metode.

Metoden er så enkel, at 60 frivillige fra forskellige felter kunne bruge den til at gemme teksten efter eget valg. Mange af dem troede i starten ikke på, at teknikken ville virke, siger Long Qian, en beregningsmæssig syntetisk biolog ved Peking Universitet i Beijing og forfatter til undersøgelsen 1, som beskriver teknologien.

"Når de så sekvensen og fik de rigtige linjer tilbage, begyndte de at tro, at de faktisk kunne gøre det," forklarer hun. Undersøgelsen blev offentliggjort i dag i Nature.

Kort opbevaring

Denne teknik er blot en af ​​mange Forsøger at gøre DNA til et bæredygtigt alternativ til traditionelle, elektroniske opbevaringsmuligheder der ikke kan holde trit med verdens stigende dataproduktion. "Vi er ved at nå fysiske grænser," siger Nicholas Guise, en fysiker ved Georgia Tech Research Institute i Atlanta. "Og vi genererer konstant flere data."

Den enorme lagringskapacitet af DNA gør det til et attraktivt alternativ. Desuden kan DNA, når det er beskyttet mod fugt og ultraviolet lys, kan holde i hundredtusinder af år. I modsætning hertil skal elektroniske harddiske udskiftes med få års mellemrum, ellers bliver data beskadiget.

Den mest oplagte måde at lagre information i DNA er at indsætte dataene i DNA-sekvensen, en proces, der kræver, at en DNA-streng syntetiseres fra bunden. Denne tilgang er langsom og mange størrelsesordener dyrere end elektronisk datalagring, forklarer Albert Keung, en syntetisk biolog ved North Carolina State University i Raleigh.

For at udvikle en billigere og hurtigere måde henvendte Qian og hendes kolleger sig til det "Epigenom" - en række molekyler, som celler bruger til at kontrollere genaktivitet uden at ændre selve DNA-sekvensen. kan f.eks såkaldte methylgrupper føjes til eller fjernes fra DNA at ændre deres funktion.

Qian og hendes kolleger udviklede et system, hvor en række korte, præfabrikerede DNA-"byggesten" - med eller uden methylgrupper - kunne føjes til en reaktionsbeholder for at danne en voksende DNA-streng med den korrekte binære kode. Til at hente dataene bruger forskerne en DNA-sekventeringsteknik, som kan påvise methylgrupperne langs DNA-strengen. Resultaterne kan fortolkes som en binær kode, hvor tilstedeværelsen af ​​en methylgruppe svarer til 1 og fraværet svarer til 0.

Panda portræt i DNA

Fordi teknikken bruger præfabrikerede DNA-fragmenter, kan den optimeres yderligere for at muliggøre masseproduktion, siger Keung. Dette ville gøre det meget billigere end at syntetisere en skræddersyet DNA-streng for hver bit information, der skal lagres. Det næste skridt, siger Keung, vil være at se, hvor godt systemet skalerer til at rumme store datasæt.

Som et skridt i denne retning kodede og læste Qian og hendes kolleger instruktionerne for at skabe et billede af en tiger fra Han-dynastiet i det gamle Kina og et farvet billede af en panda i frodige grønne områder. Billederne blev kodet i næsten 270.000 1'ere og 0'ere, eller "bits".

Indtil videre skal feltet reducere omkostningerne, før det kan konkurrere med elektronisk datalagring, siger Guise. "DNA-lagring har stadig lang vej igen, før det kan blive kommercielt relevant," siger han. "Men der er behov for disruptiv teknologi."

1. Zhang, C. et al. Nature 634, 824-832 (2024).

   Artikel
   Google Scholar

Download referencer