DNA ukladá údaje do bitov po epigenetickej aktualizácii

DNA ukladá údaje do bitov po epigenetickej aktualizácii

DNA je tu už tisíce rokov Preferované zariadenie na ukladanie údajov ľudstva. Tvrdé a kompaktné, je také husté, že jeden gram je dostatok údajov na 10 miliónov hodín s vysokým rozlíšením video môže uložiť.

Ale vždy existuje priestor na zlepšenie.

Nová metóda teraz umožňuje ukladať informácie v DNA ako binárny kód - rovnaké 0 a 1S používané konvenčnými počítačmi. Táto metóda by mohla byť jedného dňa lacnejšia a rýchlejšia ako kódovanie informácií v sekvencii stavebných blokov, ktoré tvoria DNA, ktorá v súčasnosti používajú bunky a väčšina úsilia na to Ukladanie umelo vygenerovaných údajov zodpovedá použitej metóde.

Táto metóda je taká jednoduchá, že 60 dobrovoľníkov z rôznych polí bolo schopných použiť na uloženie textu podľa vlastného výberu. Mnohí z nich spočiatku neverili, že technika bude fungovať, hovorí Long Qian, výpočtový syntetický biológ na Pekingskej univerzite v Pekingu a autor štúdie 1, ktorý popisuje túto technológiu.

"Akonáhle videli sekvenciu a dostali správne riadky späť, začali veriť, že to dokážu," vysvetľuje. Štúdia bola publikovaná dnes v prírode.

Krátky úložný priestor

Táto technika je iba jednou z mnohých Snažím sa zmeniť DNA na udržateľnú alternatívu Tradičné, Možnosti elektronického ukladania To nemôže držať krok s rastúcou výrobou údajov na svete. „Dosahujeme fyzické limity,“ hovorí Nicholas Guise, fyzik vo výskumnom inštitúte Georgia Tech Research Institute v Atlante. "A neustále generujeme viac údajov."

Vďaka obrovskej úložnej kapacite DNA je atraktívnou alternatívou. Ďalej môže DNA, ak je chránená pred vlhkosťou a ultrafialovým svetlom, môže trvať stovky tisíc rokov. Naopak, elektronické pevné disky je potrebné vymeniť každých pár rokov alebo sa údaje poškodia.

Najzreteľnejším spôsobom ukladania informácií v DNA je vložiť údaje do sekvencie DNA, čo je proces, ktorý vyžaduje syntetizáciu reťazca DNA od nuly. Tento prístup je pomalý a mnoho rádov drahších ako elektronické ukladanie údajov, vysvetľuje Albert Keung, syntetický biológ na štátnej univerzite v Severnej Karolíne v Raleighu.

Ak chcete vyvinúť lacnejší, rýchlejší spôsob, Qian a jej kolegovia sa k nemu obrátili „Epigenóm“ - rôzne molekuly, ktoré bunky používajú na kontrolu génovej aktivity, bez modifikácie samotnej sekvencie DNA. Napríklad môže Takzvané metylové skupiny sa pridávajú alebo odstránia z DNA zmeniť svoju funkciu.

Qian a jej kolegovia vyvinuli systém, v ktorom by sa do reakčnej nádoby mohla pridať séria krátkych prefabrikovaných „stavebných blokov“ - s metylovými skupinami alebo bez nich - za vzniku rastúceho reťazca DNA so správnym binárnym kódom. Na získanie údajov používajú vedci technika sekvenovania DNA, ktoré dokážu detekovať metylové skupiny pozdĺž reťazca DNA. Výsledky možno interpretovať ako binárny kód, kde prítomnosť metylovej skupiny zodpovedá 1 a neprítomnosť zodpovedá 0.

Portrét pandy v DNA

Pretože táto technika používa vopred vyrobené fragmenty DNA, mohla by byť ďalej optimalizovaná, aby umožnila hromadnú výrobu, hovorí Keung. Vďaka tomu by bolo oveľa lacnejšie ako syntéza DNA na mieru na mieru pre každý kúsok informácií, ktoré sa majú uložiť. Ďalším krokom, hovorí Keung, bude zistiť, ako dobre sa systémové mierky prispôsobia veľkým súborom údajov.

Ako krok v tomto smere Qian a jej kolegovia kódovali a prečítali pokyny na vytvorenie obrazu tigra z dynastie Han v starej Číne a farebný obraz pandy v sviežej zeleni. Obrázky boli kódované v takmer 270 000 1 s a 0 s alebo „bity“.

Guise tvrdí, že doteraz musí pole znížiť náklady skôr, ako môže konkurovať elektronickým ukladaním údajov. „Skladovanie DNA má ešte dlhú cestu, kým sa môže stať komerčne relevantným,“ hovorí. "Je však potrebné rušivé technológie."

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

   Článok
   Študovňa Google

Stiahnite si referencie