DNA lagrer data i biter etter epigenetisk oppgradering

DNA lagrer data i biter etter epigenetisk oppgradering

DNA har eksistert i tusenvis av år menneskehetens foretrukne datalagringsanlegg. Tøff og kompakt, den er så informasjonstett at ett gram er nok data for 10 millioner timer med høy oppløsning video kan lagre.

Men det er alltid rom for forbedring.

En ny metode gjør det nå mulig å lagre informasjon i DNA som binær kode - de samme 0-ene og 1-ene som brukes av konvensjonelle datamaskiner. Denne metoden kan en dag være billigere og raskere enn å kode informasjon i sekvensen av byggesteinene som utgjør DNA, som for tiden brukes av celler og de fleste forsøk på å gjøre det Lagring av kunstig genererte data samsvarer med metoden som er brukt.

Metoden er så enkel at 60 frivillige fra ulike felt kunne bruke den til å lagre teksten de valgte. Mange av dem trodde i utgangspunktet ikke at teknikken ville fungere, sier Long Qian, en beregningsbasert syntetisk biolog ved Peking University i Beijing og forfatter av studien 1, som beskriver teknologien.

"Når de så sekvensen og fikk de riktige linjene tilbake, begynte de å tro at de faktisk kunne gjøre det," forklarer hun. Studien ble publisert i Nature i dag.

Kort oppbevaring

Denne teknikken er bare en av mange Prøver å gjøre DNA til et bærekraftig alternativ til tradisjonelle, elektroniske lagringsmuligheter som ikke kan holde tritt med verdens økende dataproduksjon. "Vi når fysiske grenser," sier Nicholas Guise, fysiker ved Georgia Tech Research Institute i Atlanta. "Og vi genererer stadig mer data."

Den enorme lagringskapasiteten til DNA gjør det til et attraktivt alternativ. Videre kan DNA, når det er beskyttet mot fuktighet og ultrafiolett lys, kan vare i hundretusenvis av år. Derimot må elektroniske harddisker skiftes ut med noen års mellomrom eller data blir ødelagt.

Den mest åpenbare måten å lagre informasjon i DNA er å sette inn dataene i DNA-sekvensen, en prosess som krever at en DNA-streng syntetiseres fra bunnen av. Denne tilnærmingen er treg og mange størrelsesordener dyrere enn elektronisk datalagring, forklarer Albert Keung, en syntetisk biolog ved North Carolina State University i Raleigh.

For å utvikle en billigere og raskere måte, henvendte Qian og hennes kolleger seg til det "Epigenome" - en rekke molekyler som celler bruker for å kontrollere genaktivitet uten å modifisere selve DNA-sekvensen. For eksempel kan såkalte metylgrupper legges til eller fjernes fra DNA for å endre funksjonen deres.

Qian og hennes kolleger utviklet et system der en rekke korte, prefabrikkerte DNA-"byggeklosser" - med eller uten metylgrupper - kunne legges til et reaksjonskar for å danne en voksende DNA-streng med riktig binær kode. For å hente dataene bruker forskerne en DNA-sekvenseringsteknikk, som kan påvise metylgruppene langs DNA-tråden. Resultatene kan tolkes som en binær kode, der tilstedeværelsen av en metylgruppe tilsvarer 1 og fraværet tilsvarer 0.

Panda-portrett i DNA

Fordi teknikken bruker ferdiglagde DNA-fragmenter, kan den optimaliseres ytterligere for å muliggjøre masseproduksjon, sier Keung. Dette vil gjøre det mye billigere enn å syntetisere en skreddersydd DNA-streng for hver informasjonsbit som skal lagres. Det neste trinnet, sier Keung, vil være å se hvor godt systemet skaleres for å imøtekomme store datasett.

Som et skritt i denne retningen kodet og leste Qian og hennes kolleger instruksjonene for å lage et bilde av en tiger fra Han-dynastiet i det gamle Kina og et farget bilde av en panda i frodig grønt. Bildene ble kodet i nesten 270 000 1-er og 0-er, eller "biter".

Foreløpig må feltet redusere kostnadene før det kan konkurrere med elektronisk datalagring, sier Guise. "DNA-lagring har fortsatt en lang vei å gå før det kan bli kommersielt relevant," sier han. "Men det er behov for forstyrrende teknologi."

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

   Artikkel
   Google Scholar

Last ned referanser