DNA ukladá dáta v bitoch po epigenetickom upgrade

DNA ukladá dáta v bitoch po epigenetickom upgrade

DNA existuje už tisíce rokov ľudstvo preferované úložisko dát. Pevný a kompaktný, má takú informačnú hustotu, že jeden gram vystačí na 10 miliónov hodín s vysokým rozlíšením video môže ušetriť.

Vždy je však čo zlepšovať.

Nová metóda teraz umožňuje ukladať informácie v DNA ako binárny kód – rovnaké nuly a jedničky, aké používajú bežné počítače. Táto metóda by jedného dňa mohla byť lacnejšia a rýchlejšia ako kódovanie informácií v sekvencii stavebných blokov, ktoré tvoria DNA, čo v súčasnosti využívajú bunky a väčšina úsilia o to Ukladanie umelo generovaných údajov zodpovedá použitej metóde.

Metóda je taká jednoduchá, že ju mohlo použiť 60 dobrovoľníkov z rôznych oblastí na uloženie textu podľa vlastného výberu. Mnohí z nich pôvodne neverili, že táto technika bude fungovať, hovorí Long Qian, výpočtový syntetický biológ z Pekingskej univerzity v Pekingu a autor štúdie. 1, ktorý popisuje technológiu.

„Keď videli sekvenciu a dostali späť správne riadky, začali veriť, že to skutočne dokážu,“ vysvetľuje. Štúdia bola dnes publikovaná v Nature.

Krátke skladovanie

Táto technika je len jednou z mnohých Snažíme sa premeniť DNA na udržateľnú alternatívu na tradičné, možnosti elektronického ukladania ktoré nedokážu držať krok s rastúcou svetovou produkciou údajov. „Dosahujeme fyzické limity,“ hovorí Nicholas Guise, fyzik z Georgia Tech Research Institute v Atlante. "A neustále generujeme viac údajov."

Obrovská skladovacia kapacita DNA z nej robí atraktívnu alternatívu. Okrem toho môže DNA, keď je chránená pred vlhkosťou a ultrafialovým svetlom, môže trvať stovky tisíc rokov. Naproti tomu elektronické pevné disky je potrebné vymeniť každých pár rokov, inak dôjde k poškodeniu údajov.

Najzrejmejším spôsobom uchovávania informácií v DNA je vloženie údajov do sekvencie DNA, čo je proces, ktorý vyžaduje, aby sa vlákno DNA syntetizovalo úplne od začiatku. Tento prístup je pomalý a o mnoho rádov drahší ako elektronické ukladanie dát, vysvetľuje Albert Keung, syntetický biológ zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne v Raleigh.

Aby Qian a jej kolegovia vyvinuli lacnejší a rýchlejší spôsob, obrátili sa naň „Epigenóm“ – množstvo molekúl, ktoré bunky používajú na kontrolu génovej aktivity bez úpravy samotnej sekvencie DNA. Napríklad môže takzvané metylové skupiny sa pridávajú alebo odstraňujú z DNA zmeniť ich funkciu.

Qian a jej kolegovia vyvinuli systém, v ktorom je možné do reakčnej nádoby pridať sériu krátkych, prefabrikovaných „stavebných blokov“ DNA – s metylovými skupinami alebo bez nich, aby sa vytvorilo rastúce vlákno DNA so správnym binárnym kódom. Na získanie údajov výskumníci používajú technika sekvenovania DNA, ktorý dokáže detegovať metylové skupiny pozdĺž reťazca DNA. Výsledky možno interpretovať ako binárny kód, kde prítomnosť metylovej skupiny zodpovedá 1 a neprítomnosť zodpovedá 0.

Portrét pandy v DNA

Pretože táto technika využíva vopred pripravené fragmenty DNA, mohla by byť ďalej optimalizovaná, aby umožnila hromadnú výrobu, hovorí Keung. To by bolo oveľa lacnejšie ako syntetizovať na mieru šité vlákno DNA pre každý bit informácie, ktorý sa má uložiť. Ďalším krokom, hovorí Keung, bude zistiť, ako dobre sa systém prispôsobí veľkým súborom údajov.

Ako krok týmto smerom Qian a jej kolegovia zakódovali a prečítali pokyny na vytvorenie obrazu tigra z dynastie Han v starovekej Číne a farebného obrazu pandy v bujnej zeleni. Obrázky boli zakódované v takmer 270 000 1s a 0s alebo „bitoch“.

V súčasnosti musí toto pole znížiť náklady, kým bude môcť konkurovať elektronickému ukladaniu údajov, hovorí Guise. „Ukladanie DNA má pred sebou ešte dlhú cestu, kým sa stane komerčne relevantným,“ hovorí. "Je však potrebná prevratná technológia."

1. Zhang, C. a kol. Príroda 634, 824–832 (2024).

   Článok
   Študovňa Google

Stiahnite si referencie