DNA po epigenetickém upgradu ukládá data v bitech

DNA po epigenetickém upgradu ukládá data v bitech

DNA existuje již tisíce let lidstvo preferované úložiště dat. Pevný a kompaktní, je tak informačně hustý, že jeden gram stačí data na 10 milionů hodin ve vysokém rozlišení video může ušetřit.

Ale vždy je co zlepšovat.

Nová metoda nyní umožňuje ukládat informace v DNA jako binární kód – stejné 0 a 1 používané konvenčními počítači. Tato metoda by jednoho dne mohla být levnější a rychlejší než kódování informací v posloupnosti stavebních bloků tvořících DNA, které v současnosti využívají buňky a většina snah o to Ukládání uměle generovaných dat odpovídá použité metodě.

Metoda je tak jednoduchá, že ji 60 dobrovolníků z různých oborů mohlo použít k uložení textu dle vlastního výběru. Mnoho z nich zpočátku nevěřilo, že tato technika bude fungovat, říká Long Qian, počítačový syntetický biolog z Pekingské univerzity v Pekingu a autor studie. 1, který popisuje technologii.

„Jakmile viděli sekvenci a dostali zpět správné řádky, začali věřit, že to skutečně dokážou,“ vysvětluje. Studie byla dnes zveřejněna v Nature.

Krátké skladování

Tato technika je jen jednou z mnoha Snaží se proměnit DNA v udržitelnou alternativu na tradiční, možnosti elektronického ukládání které nemohou držet krok s rostoucí světovou produkcí dat. „Dosahujeme fyzických limitů,“ říká Nicholas Guise, fyzik z Georgia Tech Research Institute v Atlantě. "A neustále generujeme další data."

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 elektronické pevné disky je třeba každých několik let vyměnit, jinak dojde k poškození dat.

Nejzřejmější způsob, jak uložit informace do DNA, je vložit data do sekvence DNA, což je proces, který vyžaduje, aby byl řetězec DNA syntetizován od začátku. Tento přístup je pomalý a o mnoho řádů dražší než elektronické ukládání dat, vysvětluje Albert Keung, syntetický biolog ze Státní univerzity v Severní Karolíně v Raleigh.

Aby Qian a její kolegové vyvinuli levnější a rychlejší způsob, obrátili se na něj „Epigenom“ – řada molekul, které buňky používají k řízení genové aktivity bez úpravy samotné sekvence DNA. Například může takzvané methylové skupiny se přidávají nebo odstraňují z DNA změnit jejich funkci.

Qian a její kolegové vyvinuli systém, ve kterém bylo možné do reakční nádoby přidat řadu krátkých, prefabrikovaných „stavebních bloků“ DNA – s methylovými skupinami nebo bez nich – a vytvořit tak rostoucí řetězec DNA se správným binárním kódem. K získání dat výzkumníci používají technika sekvenování DNA, který dokáže detekovat methylové skupiny podél řetězce DNA. Výsledky lze interpretovat jako binární kód, kde přítomnost methylové skupiny odpovídá 1 a nepřítomnost odpovídá 0.

Portrét pandy v DNA

Protože tato technika využívá předem připravené fragmenty DNA, mohla by být dále optimalizována, aby umožnila hromadnou výrobu, říká Keung. To by bylo mnohem levnější než syntetizovat na míru šité vlákno DNA pro každý bit informace, který má být uložen. Dalším krokem, říká Keung, bude zjistit, jak dobře se systém přizpůsobí tak, aby vyhovoval velkým souborům dat.

Jako krok tímto směrem Qian a její kolegové zakódovali a přečetli pokyny k vytvoření obrazu tygra z dynastie Han ve staré Číně a barevného obrazu pandy v bujné zeleni. Obrázky byly zakódovány téměř 270 000 1s a 0s, neboli „bity“.

V současné době musí toto pole snížit náklady, než bude moci konkurovat elektronickému ukládání dat, říká Guise. „Úložiště DNA má před sebou ještě dlouhou cestu, než se stane komerčně relevantním,“ říká. "Ale je potřeba převratná technologie."

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

   Článek
   Google Scholar

Stáhněte si reference