Pēc epiģenētiskās jaunināšanas DNS saglabā datus bitos

Pēc epiģenētiskās jaunināšanas DNS saglabā datus bitos

DNS pastāv jau tūkstošiem gadu cilvēces iecienītākā datu glabāšanas iekārta. Izturīgs un kompakts, tas ir tik informācijas blīvs, ka ar vienu gramu pietiek datu 10 miljoniem stundu augstas izšķirtspējas video var ietaupīt.

Taču vienmēr ir kur uzlaboties.

Jaunā metode tagad ļauj uzglabāt informāciju DNS kā bināro kodu - tās pašas 0 un 1, ko izmanto parastie datori. Šī metode kādu dienu varētu būt lētāka un ātrāka nekā informācijas kodēšana DNS veidojošo bloku secībā, ko pašlaik izmanto šūnas un lielākā daļa pūļu, lai to izdarītu. Mākslīgi ģenerētu datu glabāšana atbilst izmantotajai metodei.

Metode ir tik vienkārša, ka 60 brīvprātīgie no dažādām jomām varēja to izmantot, lai saglabātu izvēlēto tekstu. Daudzi no viņiem sākotnēji neticēja, ka tehnika darbosies, saka Long Qian, skaitļošanas sintētiskais biologs Pekinas Universitātē un pētījuma autors. 1, kurā aprakstīta tehnoloģija.

"Kad viņi ieraudzīja secību un atgrieza pareizās līnijas, viņi sāka ticēt, ka viņi to patiešām varētu izdarīt," viņa skaidro. Pētījums tika publicēts šodien Nature.

Īsa uzglabāšana

Šī tehnika ir tikai viena no daudzajām Mēģina pārvērst DNS par ilgtspējīgu alternatīvu uz tradicionālo, elektroniskās uzglabāšanas iespējas kas nespēj sekot līdzi pieaugošajam datu apjomam pasaulē. "Mēs sasniedzam fiziskās robežas," saka Nikolass Gīss, Džordžijas Tehnoloģiju pētniecības institūta fiziķis Atlantā. "Un mēs pastāvīgi ģenerējam vairāk datu."

Milzīgā DNS uzglabāšanas jauda padara to par pievilcīgu alternatīvu. Turklāt var DNS, ja tā ir aizsargāta no mitruma un ultravioletās gaismas, var pastāvēt simtiem tūkstošu gadu. Turpretim elektroniskie cietie diski ir jānomaina ik pēc dažiem gadiem, pretējā gadījumā dati tiek bojāti.

Acīmredzamākais veids, kā uzglabāt informāciju DNS, ir ievietot datus DNS secībā, kas prasa DNS virknes sintezēšanu no nulles. Šī pieeja ir lēna un daudzkārt dārgāka nekā elektroniskā datu glabāšana, skaidro Alberts Keungs, sintētiskais biologs Ziemeļkarolīnas štata universitātē Roli.

Lai izstrādātu lētāku un ātrāku veidu, Qian un viņas kolēģi pievērsās tam “Epigenoms” – dažādas molekulas, ko šūnas izmanto, lai kontrolētu gēnu aktivitāti, nemainot pašu DNS secību. Piemēram, var tā saucamās metilgrupas tiek pievienotas vai noņemtas no DNS lai mainītu to funkciju.

Cjaņa un viņas kolēģi izstrādāja sistēmu, kurā reakcijas traukā varēja pievienot virkni īsu, saliekamu DNS "celtniecības bloku" - ar vai bez metilgrupām, lai izveidotu augošu DNS virkni ar pareizo bināro kodu. Lai izgūtu datus, pētnieki izmanto DNS sekvencēšanas tehnika, kas var noteikt metilgrupas gar DNS virkni. Rezultātus var interpretēt kā bināru kodu, kur metilgrupas klātbūtne atbilst 1, bet neesamība atbilst 0.

Pandas portrets DNS

Tā kā tehnikā tiek izmantoti iepriekš sagatavoti DNS fragmenti, to varētu vēl vairāk optimizēt, lai nodrošinātu masveida ražošanu, saka Keungs. Tas padarītu to daudz lētāku nekā sintezēt īpaši pielāgotu DNS virkni katram glabājamās informācijas bitam. Nākamais solis, pēc Keunga teiktā, būs redzēt, cik labi sistēma mērogojas, lai pielāgotos lielām datu kopām.

Kā soli šajā virzienā Cjaņa un viņas kolēģi šifrēja un izlasīja instrukcijas, lai izveidotu Haņu dinastijas tīģera attēlu senajā Ķīnā un krāsainu pandas attēlu sulīgā zaļumā. Attēli tika kodēti gandrīz 270 000 1 s un 0 jeb “bitos”.

Pagaidām laukam ir jāsamazina izmaksas, lai tā varētu konkurēt ar elektronisko datu glabāšanu, saka Gīzs. "DNS uzglabāšanai vēl ir tāls ceļš ejams, pirms tā kļūs komerciāli nozīmīga," viņš saka. "Bet ir vajadzīgas traucējošas tehnoloģijas."

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

   Raksts
   Google Scholar

Lejupielādēt atsauces