DNA salvestab andmed pärast epigeneetilist uuendamist bittidena

DNA salvestab andmed pärast epigeneetilist uuendamist bittidena

DNA on eksisteerinud tuhandeid aastaid inimkonna eelistatud andmehoidla. Tugev ja kompaktne, see on nii infotihe, et ühest grammist piisab 10 miljoni tunni suure eraldusvõime jaoks video saab päästa.

Kuid alati on arenguruumi.

Uudne meetod võimaldab nüüd salvestada DNA-sse teavet kahendkoodina - samade 0-de ja 1-de kujul, mida kasutavad tavalised arvutid. See meetod võib ühel päeval olla odavam ja kiirem kui teabe kodeerimine DNA-d moodustavate ehitusplokkide järjestuses, mida rakud praegu kasutavad ja mida tehakse selleks kõige rohkem. Kunstlikult loodud andmete salvestamine vastab kasutatud meetodile.

Meetod on nii lihtne, et 60 vabatahtlikku erinevatest valdkondadest said selle abil oma valitud teksti salvestada. Paljud neist ei uskunud esialgu, et tehnika töötab, ütleb Long Qian, Pekingi Pekingi ülikooli arvutuslik sünteetiline bioloog ja uuringu autor. 1, mis kirjeldab tehnoloogiat.

"Kui nad järjestust nägid ja õiged read tagasi said, hakkasid nad uskuma, et saavad sellega tegelikult hakkama," selgitab ta. Uuring avaldati täna ajakirjas Nature.

Lühike ladustamine

See tehnika on vaid üks paljudest Püüab muuta DNA-st jätkusuutlikuks alternatiiviks traditsioonilisele, elektroonilised salvestusvõimalused mis ei suuda sammu pidada maailma kasvava andmetoodanguga. "Me oleme jõudmas füüsiliste piirideni," ütleb Atlanta Georgia Tehnikauuringute Instituudi füüsik Nicholas Guise. "Ja me genereerime pidevalt rohkem andmeid."

DNA tohutu salvestusmaht muudab selle atraktiivseks alternatiiviks. Lisaks saab Niiskuse ja ultraviolettkiirguse eest kaitstuna võib DNA kesta sadu tuhandeid aastaid. Seevastu elektroonilisi kõvakettaid tuleb iga paari aasta tagant välja vahetada või andmed rikutakse.

Kõige ilmsem viis DNA-s teabe salvestamiseks on sisestada andmed DNA järjestusse, mis nõuab DNA ahela nullist sünteesimist. See lähenemine on aeglane ja mitu suurusjärku kallim kui elektrooniline andmesalvestus, selgitab Albert Keung, Raleigh' Põhja-Carolina osariigi ülikooli sünteetiline bioloog.

Odavama ja kiirema viisi väljatöötamiseks pöördusid Qian ja tema kolleegid selle poole "Epigenoom" – mitmesugused molekulid, mida rakud kasutavad geenide aktiivsuse kontrollimiseks, muutmata DNA järjestust ennast. Näiteks saab DNA-le lisatakse või eemaldatakse nn metüülrühmad oma funktsiooni muutma.

Qian ja tema kolleegid töötasid välja süsteemi, mille abil saab reaktsioonianumasse lisada rea ​​lühikesi kokkupandavaid DNA "ehitusplokke" – metüülrühmadega või ilma –, et moodustada õige binaarkoodiga kasvav DNA ahel. Andmete hankimiseks kasutavad teadlased DNA sekveneerimise tehnika, mis suudab tuvastada DNA ahela metüülrühmi. Tulemusi saab tõlgendada kahendkoodina, kus metüülrühma olemasolu vastab 1-le ja puudumine 0-le.

Panda portree DNA-s

Kuna tehnika kasutab eelnevalt valmistatud DNA fragmente, saab seda masstootmise võimaldamiseks veelgi optimeerida, ütleb Keung. See muudaks selle palju odavamaks kui iga salvestatava teabe biti jaoks spetsiaalselt valmistatud DNA ahela sünteesimine. Järgmine samm, ütleb Keung, on näha, kui hästi süsteem mahutab suuri andmekogumeid.

Sammuna selles suunas kodeeris ja luges Qian koos kolleegidega juhiseid, et luua Vana-Hiinas Hani dünastia tiigri kujutis ja lopsakas roheluses värviline panda kujutis. Pildid kodeeriti peaaegu 270 000 1-s ja 0-s ehk "bitis".

Praegu peab valdkond kulusid vähendama, enne kui see suudab konkureerida elektroonilise andmesalvestusega, ütleb Guise. "DNA salvestamisel on veel pikk tee käia, enne kui see muutub äriliselt asjakohaseks, " ütleb ta. "Kuid vaja on häirivat tehnoloogiat."

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

   Artikkel
   Google Scholar

Laadige alla viited