Il DNA memorizza i dati in bit dopo l'aggiornamento epigenetico

Il DNA memorizza i dati in bit dopo l'aggiornamento epigenetico

Il DNA esiste da migliaia di anni la struttura di archiviazione dati preferita dall'umanità. Robusto e compatto, è così denso di informazioni che un grammo è sufficiente per 10 milioni di ore di alta risoluzione video può salvare.

Ma c’è sempre spazio per miglioramenti.

Un nuovo metodo ora rende possibile memorizzare le informazioni nel DNA come codice binario, gli stessi 0 e 1 utilizzati dai computer convenzionali. Questo metodo potrebbe un giorno essere più economico e più veloce della codifica delle informazioni nella sequenza degli elementi costitutivi che compongono il DNA, che è attualmente utilizzata dalle cellule e dalla maggior parte degli sforzi per farlo. Memorizzazione di dati generati artificialmente corrisponde al metodo utilizzato.

Il metodo è così semplice che 60 volontari provenienti da diversi settori hanno potuto utilizzarlo per salvare il testo di loro scelta. Molti di loro inizialmente non credevano che la tecnica avrebbe funzionato, afferma Long Qian, biologo sintetico computazionale dell'Università di Pechino e autore dello studio. 1, che descrive la tecnologia.

"Una volta che hanno visto la sequenza e recuperato le battute corrette, hanno iniziato a credere di poterlo fare davvero", spiega. Lo studio è stato pubblicato oggi su Nature.

Stoccaggio breve

Questa tecnica è solo una delle tante Cercando di trasformare il DNA in un’alternativa sostenibile al tradizionale, opzioni di archiviazione elettronica che non riescono a tenere il passo con la crescente produzione di dati a livello mondiale. "Stiamo raggiungendo i limiti fisici", afferma Nicholas Guise, fisico del Georgia Tech Research Institute di Atlanta. "E generiamo costantemente più dati."

L’enorme capacità di immagazzinamento del DNA lo rende un’alternativa interessante. Inoltre, il can Il DNA, se protetto dall'umidità e dalla luce ultravioletta, può durare centinaia di migliaia di anni. Al contrario, i dischi rigidi elettronici devono essere sostituiti ogni pochi anni altrimenti i dati vengono danneggiati.

Il modo più ovvio per memorizzare informazioni nel DNA è inserire i dati nella sequenza del DNA, un processo che richiede che un filamento di DNA venga sintetizzato da zero. Questo approccio è lento e molto più costoso dell’archiviazione elettronica dei dati, spiega Albert Keung, biologo sintetico della North Carolina State University di Raleigh.

Per sviluppare un metodo più economico e veloce, Qian e i suoi colleghi si sono rivolti ad esso “Epigenoma” – una varietà di molecole che le cellule utilizzano per controllare l’attività dei geni, senza modificare la sequenza del DNA stessa. Ad esempio può i cosiddetti gruppi metilici vengono aggiunti o rimossi dal DNA per cambiare la loro funzione.

Qian e i suoi colleghi hanno sviluppato un sistema in cui una serie di "mattoni" di DNA corti e prefabbricati - con o senza gruppi metilici - potevano essere aggiunti a un recipiente di reazione per formare un filamento di DNA in crescita con il codice binario corretto. Per recuperare i dati, i ricercatori utilizzano una tecnica di sequenziamento del DNA, che può rilevare i gruppi metilici lungo il filamento del DNA. I risultati possono essere interpretati come un codice binario, dove la presenza di un gruppo metilico corrisponde a 1 e l'assenza corrisponde a 0.

Ritratto del panda nel DNA

Poiché la tecnica utilizza frammenti di DNA prefabbricati, potrebbe essere ulteriormente ottimizzata per consentire la produzione di massa, afferma Keung. Ciò renderebbe molto più economico che sintetizzare un filamento di DNA su misura per ogni bit di informazione da archiviare. Il prossimo passo, dice Keung, sarà vedere quanto bene il sistema sarà in grado di adattarsi a grandi quantità di dati.

Come passo in questa direzione, Qian e i suoi colleghi hanno codificato e letto le istruzioni per creare un’immagine di una tigre della dinastia Han nell’antica Cina e un’immagine a colori di un panda in una vegetazione lussureggiante. Le immagini sono state codificate in quasi 270.000 1 e 0, o “bit”.

Per ora, il settore deve ridurre i costi prima di poter competere con l’archiviazione elettronica dei dati, afferma Guise. "La conservazione del DNA ha ancora molta strada da fare prima che possa diventare rilevante dal punto di vista commerciale", afferma. “Ma c’è bisogno di una tecnologia dirompente”.

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

   Articolo
   Google Scholar

Scarica riferimenti