ДНК съхранява данни в битове след епигенетично надграждане

ДНК съхранява данни в битове след епигенетично надграждане

ДНК съществува от хиляди години предпочитано от човечеството съоръжение за съхранение на данни. Здрав и компактен, той е толкова наситен с информация, че един грам е достатъчен за 10 милиона часа висока разделителна способност видео може да спаси.

Но винаги има място за подобрение.

Нов метод сега прави възможно съхраняването на информация в ДНК като двоичен код - същите 0 и 1, използвани от конвенционалните компютри. Този метод може един ден да бъде по-евтин и по-бърз от кодирането на информация в последователността от градивни елементи, които изграждат ДНК, която в момента се използва от клетките и повечето усилия за това Съхраняване на изкуствено генерирани данни съответства на използвания метод.

Методът е толкова прост, че 60 доброволци от различни области успяха да го използват, за да запазят избрания от тях текст. Много от тях първоначално не вярваха, че техниката ще проработи, казва Лонг Циан, изчислителен синтетичен биолог от Пекинския университет в Пекин и автор на изследването 1, който описва технологията.

„След като видяха последователността и върнаха правилните линии, те започнаха да вярват, че наистина могат да го направят“, обяснява тя. Изследването е публикувано днес в Nature.

Кратко съхранение

Тази техника е само една от многото Опитвайки се да превърнем ДНК в устойчива алтернатива към традиционните, опции за електронно съхранение които не могат да бъдат в крак с нарастващото производство на данни в света. „Достигаме физически граници“, казва Никълъс Гийз, физик от Техническия изследователски институт на Джорджия в Атланта. „И ние непрекъснато генерираме повече данни.“

Огромният капацитет за съхранение на ДНК го прави привлекателна алтернатива. Освен това, може ДНК, когато е защитена от влага и ултравиолетова светлина, може да издържи стотици хиляди години. Обратно, електронните твърди дискове трябва да се сменят на всеки няколко години или данните се повредят.

Най-очевидният начин за съхраняване на информация в ДНК е вмъкването на данните в ДНК последователността, процес, който изисква нишка от ДНК да бъде синтезирана от нулата. Този подход е бавен и с много порядъци по-скъп от електронното съхранение на данни, обяснява Алберт Кеунг, синтетичен биолог от Държавния университет на Северна Каролина в Роли.

За да разработят по-евтин и по-бърз начин, Qian и нейните колеги се обърнаха към него „Епигеном“ – разнообразие от молекули, които клетките използват за контрол на генната активност, без да модифицира самата ДНК последователност. Например може така наречените метилови групи се добавят или отстраняват от ДНК да променят функцията си.

Qian и нейните колеги разработиха система, в която поредица от къси, сглобяеми ДНК "строителни елементи" - със или без метилови групи - могат да бъдат добавени към реакционен съд, за да образуват нарастваща ДНК верига с правилния двоичен код. За да извлекат данните, изследователите използват техника за секвениране на ДНК, който може да открие метиловите групи по дължината на ДНК веригата. Резултатите могат да се интерпретират като двоичен код, където присъствието на метилова група съответства на 1, а отсъствието съответства на 0.

Портрет на панда в ДНК

Тъй като техниката използва предварително направени ДНК фрагменти, тя може да бъде допълнително оптимизирана, за да позволи масово производство, казва Кеунг. Това би го направило много по-евтино от синтезирането на специално направена верига от ДНК за всеки бит информация, който да се съхранява. Следващата стъпка, казва Keung, ще бъде да се види колко добре системата се мащабира, за да поеме големи масиви от данни.

Като стъпка в тази посока Qian и нейните колеги кодираха и прочетоха инструкциите за създаване на изображение на тигър от династията Хан в древен Китай и цветно изображение на панда в тучна зеленина. Изображенията бяха кодирани в почти 270 000 1s и 0s или „бита“.

Засега сферата трябва да намали разходите, преди да може да се конкурира с електронното съхранение на данни, казва Гиз. „ДНК съхранението все още трябва да извърви дълъг път, преди да стане комерсиално приложимо“, казва той. „Но има нужда от разрушителна технология.“

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

   статия
   Google Наука

Изтегляне на препратки