ADN-ul stochează datele în biți după actualizarea epigenetică

ADN-ul stochează datele în biți după actualizarea epigenetică

ADN-ul există de mii de ani facilitate de stocare a datelor preferată de umanitate. Dur și compact, este atât de dens în informații încât un gram este suficient de date pentru 10 milioane de ore de rezoluție înaltă video poate salva.

Dar există întotdeauna loc de îmbunătățire.

O metodă nouă face acum posibilă stocarea informațiilor în ADN ca cod binar - aceleași 0 și 1 utilizate de computerele convenționale. Această metodă ar putea fi într-o zi mai ieftină și mai rapidă decât codificarea informațiilor din secvența de blocuri care alcătuiesc ADN-ul, care este utilizat în prezent de celule și cele mai multe eforturi pentru a face acest lucru Stocarea datelor generate artificial corespunde metodei utilizate.

Metoda este atât de simplă încât 60 de voluntari din diferite domenii au putut să o folosească pentru a salva textul la alegere. Mulți dintre ei nu au crezut inițial că tehnica va funcționa, spune Long Qian, biolog computațional sintetic la Universitatea Peking din Beijing și autor al studiului. 1, care descrie tehnologia.

„Odată ce au văzut secvența și au primit liniile corecte înapoi, au început să creadă că o pot face cu adevărat”, explică ea. Studiul a fost publicat astăzi în Nature.

Depozitare scurtă

Această tehnică este doar una dintre multe Încercarea de a transforma ADN-ul într-o alternativă durabilă la traditional, opțiuni de stocare electronică care nu pot ține pasul cu creșterea producției de date din lume. „Atingem limitele fizice”, spune Nicholas Guise, fizician la Georgia Tech Research Institute din Atlanta. „Și generăm în mod constant mai multe date.”

Capacitatea enormă de stocare a ADN-ului îl face o alternativă atractivă. În plus, poate ADN-ul, atunci când este protejat de umiditate și lumina ultravioletă, poate dura sute de mii de ani. În schimb, hard disk-urile electronice trebuie înlocuite la fiecare câțiva ani sau datele devin corupte.

Cea mai evidentă modalitate de a stoca informații în ADN este inserarea datelor în secvența ADN, un proces care necesită sintetizarea de la zero a unui fir de ADN. Această abordare este lentă și cu multe ordine de mărime mai scumpă decât stocarea electronică a datelor, explică Albert Keung, biolog sintetic la Universitatea de Stat din Carolina de Nord din Raleigh.

Pentru a dezvolta un mod mai ieftin și mai rapid, Qian și colegii ei au apelat la el „Epigenomul” – o varietate de molecule pe care celulele le folosesc pentru a controla activitatea genelor, fără a modifica secvența de ADN în sine. De exemplu poate așa-numitele grupări metil sunt adăugate sau îndepărtate din ADN pentru a-și schimba funcția.

Qian și colegii ei au dezvoltat un sistem în care o serie de „blocuri de construcție” scurte, prefabricate ADN - cu sau fără grupări metil - ar putea fi adăugate la un vas de reacție pentru a forma o catenă de ADN în creștere cu codul binar corect. Pentru a prelua datele, cercetătorii folosesc o tehnică de secvențiere a ADN-ului, care poate detecta grupările metil de-a lungul catenei de ADN. Rezultatele pot fi interpretate ca un cod binar, unde prezența unei grupări metil corespunde cu 1, iar absența corespunde cu 0.

Portretul panda în ADN

Deoarece tehnica folosește fragmente de ADN prefabricate, ar putea fi optimizată în continuare pentru a permite producția în masă, spune Keung. Acest lucru l-ar face mult mai ieftin decât sintetizarea unei catene de ADN personalizate pentru fiecare bit de informații care urmează să fie stocat. Următorul pas, spune Keung, va fi să vedem cât de bine se scalează sistemul pentru a găzdui seturi mari de date.

Ca un pas în această direcție, Qian și colegii ei au codificat și au citit instrucțiunile pentru a crea o imagine a unui tigru din dinastia Han în China antică și o imagine colorată a unui panda în verdeață luxuriantă. Imaginile au fost codificate în aproape 270.000 de 1 și 0, sau „biți”.

Pentru moment, domeniul trebuie să reducă costurile înainte de a putea concura cu stocarea electronică a datelor, spune Guise. „Depozitarea ADN-ului mai are un drum lung de parcurs până să poată deveni relevantă din punct de vedere comercial”, spune el. „Dar este nevoie de tehnologie disruptivă.”

1. Zhang, C. şi colab. Nature 634, 824–832 (2024).

   Articol
   Google Academic

Descărcați referințe