DNA tallentaa tiedot bitteinä epigeneettisen päivityksen jälkeen

DNA tallentaa tiedot bitteinä epigeneettisen päivityksen jälkeen

DNA on ollut olemassa tuhansia vuosia ihmiskunnan suosima tietovarasto. Kestävä ja kompakti, se on niin informaatiotiheä, että yksi gramma riittää dataa 10 miljoonalle tunnille korkealla resoluutiolla video voi säästää.

Mutta aina on parantamisen varaa.

Uusi menetelmä mahdollistaa tiedon tallentamisen DNA:han binäärikoodina - samoina 0- ja 1-lukuina, joita perinteiset tietokoneet käyttävät. Tämä menetelmä voisi jonain päivänä olla halvempi ja nopeampi kuin tiedon koodaaminen DNA:n muodostavien rakennuspalikoiden sekvenssiin, jota solut käyttävät tällä hetkellä ja useimmat pyrkivät siihen. Keinotekoisesti tuotettujen tietojen tallentaminen vastaa käytettyä menetelmää.

Menetelmä on niin yksinkertainen, että 60 eri alojen vapaaehtoista pääsi sen avulla tallentamaan valitsemansa tekstin. Monet heistä eivät aluksi uskoneet, että tekniikka toimisi, sanoo Long Qian, laskennallinen synteettinen biologi Pekingin yliopistosta Pekingissä ja tutkimuksen kirjoittaja. 1, joka kuvaa tekniikkaa.

"Kun he näkivät sarjan ja saivat oikeat rivit takaisin, he alkoivat uskoa, että he todella voisivat tehdä sen", hän selittää. Tutkimus julkaistiin tänään Nature-lehdessä.

Lyhyt säilytystila

Tämä tekniikka on vain yksi monista Yritetään muuttaa DNA:sta kestävä vaihtoehto perinteiseen, sähköisiä säilytysvaihtoehtoja joka ei voi pysyä maailman kasvavan tiedontuotannon tahdissa. "Olemme saavuttamassa fyysisiä rajoja", sanoo Nicholas Guise, fyysikko Georgia Tech Research Institutesta Atlantassa. "Ja luomme jatkuvasti lisää dataa."

DNA:n valtava tallennuskapasiteetti tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon. Lisäksi voi Kosteudelta ja ultraviolettivalolta suojattuna DNA voi kestää satoja tuhansia vuosia. Sitä vastoin elektroniset kiintolevyt on vaihdettava muutaman vuoden välein tai tiedot vioittuvat.

Ilmeisin tapa tallentaa tietoa DNA:han on lisätä tiedot DNA-sekvenssiin, prosessi, joka vaatii DNA-juosteen syntetisoimista tyhjästä. Tämä lähestymistapa on hidas ja monta suuruusluokkaa kalliimpaa kuin elektroninen tiedontallennus, selittää Albert Keung, synteettinen biologi North Carolina State Universitystä Raleighissa.

Qian ja hänen kollegansa kääntyivät sen puoleen kehittääkseen halvemman ja nopeamman tavan "Epigenomi" – erilaisia ​​molekyylejä, joita solut käyttävät geenitoiminnan säätelyyn, muuttamatta itse DNA-sekvenssiä. Esimerkiksi voi niin kutsuttuja metyyliryhmiä lisätään tai poistetaan DNA:sta muuttaakseen toimintaansa.

Qian ja hänen kollegansa kehittivät järjestelmän, jossa sarja lyhyitä, esivalmistettuja DNA:n "rakennuspalikoita" - metyyliryhmien kanssa tai ilman - voidaan lisätä reaktioastiaan muodostamaan kasvava DNA-juoste oikealla binäärikoodilla. Tutkijat käyttävät tietojen hakemiseen DNA-sekvensointitekniikka, joka voi havaita metyyliryhmät DNA-juosteessa. Tulokset voidaan tulkita binäärikoodiksi, jossa metyyliryhmän läsnäolo vastaa 1:tä ja poissaolo vastaa 0:ta.

Pandan muotokuva DNA:ssa

Koska tekniikka käyttää valmiita DNA-fragmentteja, sitä voitaisiin edelleen optimoida massatuotannon mahdollistamiseksi, Keung sanoo. Tämä tekisi paljon halvemmaksi kuin räätälöidyn DNA-juosteen syntetisoiminen jokaista tallennettavaa informaatiota varten. Seuraava askel, Keung sanoo, on nähdä, kuinka hyvin järjestelmä skaalautuu suuriin tietokokonaisuuksiin.

Askeleena tähän suuntaan Qian ja hänen kollegansa koodasivat ja lukivat ohjeet luodakseen kuvan Han-dynastian tiikereistä muinaisessa Kiinassa ja värillisen kuvan pandasta vehreässä ympäristössä. Kuvat koodattiin lähes 270 000:lla 1:llä ja 0:lla eli "bitillä".

Toistaiseksi alan on vähennettävä kustannuksia, ennen kuin se voi kilpailla sähköisen tiedontallentamisen kanssa, Guise sanoo. "DNA-tallennus on vielä pitkä matka ennen kuin siitä voi tulla kaupallista merkitystä", hän sanoo. "Mutta häiritsevää teknologiaa tarvitaan."

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

   Artikla
   Google Scholar

Lataa viitteitä