DNA przechowuje dane w bitach po aktualizacji epigenetycznej

DNA przechowuje dane w bitach po aktualizacji epigenetycznej

DNA istnieje od tysięcy lat preferowane przez ludzkość miejsce do przechowywania danych. Wytrzymały i kompaktowy, zawiera tak dużo informacji, że jeden gram wystarczy na 10 milionów godzin wysokiej rozdzielczości wideo może zaoszczędzić.

Ale zawsze jest miejsce na ulepszenia.

Nowatorska metoda umożliwia obecnie przechowywanie informacji w DNA w postaci kodu binarnego – tych samych zer i jedynek, których używają konwencjonalne komputery. Metoda ta może pewnego dnia być tańsza i szybsza niż kodowanie informacji w sekwencji cegiełek tworzących DNA, co jest obecnie wykorzystywane przez komórki, a większość wysiłków zmierza w tym kierunku Przechowywanie sztucznie wygenerowanych danych odpowiada zastosowanej metodzie.

Metoda jest na tyle prosta, że ​​60 ochotników z różnych dziedzin mogło za jej pomocą zapisać wybrany przez siebie tekst. Wielu z nich początkowo nie wierzyło, że ta technika zadziała, mówi Long Qian, obliczeniowy biolog syntetyczny na Uniwersytecie Pekińskim w Pekinie i autor badania 1, który opisuje technologię.

„Kiedy zobaczyli sekwencję i odzyskali właściwe kwestie, zaczęli wierzyć, że naprawdę mogą to zrobić” – wyjaśnia. Badanie opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature.

Krótkie przechowywanie

Ta technika jest tylko jedną z wielu Próba przekształcenia DNA w zrównoważoną alternatywę do tradycyjnego, opcje przechowywania elektronicznego które nie są w stanie nadążać za rosnącą produkcją danych na świecie. „Docieramy do fizycznych granic” – mówi Nicholas Guise, fizyk z Georgia Tech Research Institute w Atlancie. „I stale generujemy więcej danych”.

Ogromna pojemność DNA czyni go atrakcyjną alternatywą. Ponadto może DNA chronione przed wilgocią i światłem ultrafioletowym może przetrwać setki tysięcy lat. Natomiast elektroniczne dyski twarde należy wymieniać co kilka lat, w przeciwnym razie dane ulegną uszkodzeniu.

Najbardziej oczywistym sposobem przechowywania informacji w DNA jest wstawienie danych do sekwencji DNA. Jest to proces wymagający syntezy nici DNA od podstaw. Takie podejście jest powolne i o wiele rzędów wielkości droższe niż elektroniczne przechowywanie danych, wyjaśnia Albert Keung, biolog syntetyczny na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej w Raleigh.

Aby opracować tańszy i szybszy sposób, Qian i jej współpracownicy sięgnęli po niego „Epigenom” – różnorodne cząsteczki wykorzystywane przez komórki do kontrolowania aktywności genów, bez modyfikowania samej sekwencji DNA. Na przykład może tak zwane grupy metylowe są dodawane lub usuwane z DNA zmienić ich funkcję.

Qian i jej współpracownicy opracowali system, w którym serię krótkich, prefabrykowanych „cegiełek” DNA – z grupami metylowymi lub bez – można dodać do naczynia reakcyjnego w celu utworzenia rosnącej nici DNA z prawidłowym kodem binarnym. Aby odzyskać dane, naukowcy wykorzystują technika sekwencjonowania DNA, który może wykryć grupy metylowe wzdłuż nici DNA. Wyniki można interpretować jako kod binarny, w którym obecność grupy metylowej odpowiada 1, a brak odpowiada 0.

Portret pandy w DNA

Ponieważ technika ta wykorzystuje gotowe fragmenty DNA, można ją dalej optymalizować, aby umożliwić masową produkcję, mówi Keung. Dzięki temu byłoby to znacznie tańsze niż synteza dostosowanej do indywidualnych potrzeb nici DNA dla każdego bitu informacji, która ma być przechowywana. Następnym krokiem, mówi Keung, będzie sprawdzenie, jak dobrze skaluje się system, aby pomieścić duże zbiory danych.

Krokiem w tym kierunku Qian i jej współpracownicy zakodowali i przeczytali instrukcje, aby stworzyć wizerunek tygrysa z dynastii Han w starożytnych Chinach oraz kolorowy wizerunek pandy w bujnej zieleni. Obrazy zostały zakodowane w prawie 270 000 jedynek i zer, czyli „bitów”.

Guise twierdzi, że na razie dziedzina ta musi obniżyć koszty, zanim będzie mogła konkurować z elektronicznym przechowywaniem danych. „Przechowywanie DNA ma jeszcze długą drogę do przebycia, zanim stanie się istotne z komercyjnego punktu widzenia” – mówi. „Potrzebujemy jednak przełomowej technologii”.

1. Zhang, C. i in. Natura 634, 824–832 (2024).

   Artykuł
   Scholar Google

Pobierz referencje