DNK po epigenetski nadgradnji shrani podatke v bitih

DNK po epigenetski nadgradnji shrani podatke v bitih

DNK obstaja že tisočletja človeštvo najljubši objekt za shranjevanje podatkov. Trden in kompakten je tako bogat z informacijami, da je en gram dovolj podatkov za 10 milijonov ur visoke ločljivosti video lahko prihrani.

Ampak vedno je prostor za izboljšave.

Nova metoda zdaj omogoča shranjevanje informacij v DNK kot binarne kode – iste 0 in 1, kot jih uporabljajo običajni računalniki. Ta metoda bi lahko bila nekega dne cenejša in hitrejša od kodiranja informacij v zaporedju gradnikov, ki sestavljajo DNK, ki ga trenutno uporabljajo celice in večina prizadevanj za to Shranjevanje umetno generiranih podatkov ustreza uporabljeni metodi.

Metoda je tako preprosta, da je lahko 60 prostovoljcev z različnih področij z njo shranilo besedilo po lastni izbiri. Mnogi od njih sprva niso verjeli, da bo tehnika delovala, pravi Long Qian, računalniški sintetični biolog na pekinški univerzi v Pekingu in avtor študije. 1, ki opisuje tehnologijo.

»Ko so videli zaporedje in vrnili pravilne vrstice, so začeli verjeti, da jim to dejansko lahko uspe,« pojasnjuje. Študija je bila danes objavljena v Nature.

Kratko shranjevanje

Ta tehnika je le ena od mnogih Poskuša DNK spremeniti v trajnostno alternativo na tradicionalno, možnosti elektronskega shranjevanja ki ne more slediti vse večji svetovni proizvodnji podatkov. "Dosegamo fizične meje," pravi Nicholas Guise, fizik na Georgia Tech Research Institute v Atlanti. "In nenehno ustvarjamo več podatkov."

Zaradi ogromne zmogljivosti shranjevanja DNK je privlačna alternativa. Poleg tega lahko Če je DNK zaščiten pred vlago in ultravijolično svetlobo, lahko traja več sto tisoč let. Nasprotno pa je treba elektronske trde diske zamenjati vsakih nekaj let, sicer se podatki poškodujejo.

Najbolj očiten način za shranjevanje informacij v DNK je vstavljanje podatkov v zaporedje DNK, proces, ki zahteva, da se veriga DNK sintetizira iz nič. Ta pristop je počasen in veliko vrst velikosti dražji od elektronskega shranjevanja podatkov, pojasnjuje Albert Keung, sintetični biolog na Državni univerzi Severne Karoline v Raleighu.

Da bi razvili cenejši in hitrejši način, so se Qian in njeni sodelavci obrnili nanj “Epigenom” – vrsta molekul, ki jih celice uporabljajo za nadzor aktivnosti genov, ne da bi spremenili samo zaporedje DNK. Na primer lahko tako imenovane metilne skupine se dodajo ali odstranijo iz DNK spremeniti njihovo funkcijo.

Qian in njeni sodelavci so razvili sistem, v katerem se niz kratkih, montažnih "gradnikov" DNK - z ali brez metilnih skupin - lahko doda v reakcijsko posodo, da se tvori rastoča veriga DNK s pravilno binarno kodo. Za pridobitev podatkov raziskovalci uporabljajo tehnika sekvenciranja DNK, ki lahko zazna metilne skupine vzdolž verige DNK. Rezultate je mogoče interpretirati kot binarno kodo, kjer prisotnost metilne skupine ustreza 1, odsotnost pa 0.

Portret pande v DNK

Ker tehnika uporablja vnaprej izdelane fragmente DNK, bi jo lahko dodatno optimizirali, da bi omogočili množično proizvodnjo, pravi Keung. To bi bilo veliko cenejše od sintetiziranja prilagojene verige DNK za vsak košček informacije, ki ga je treba shraniti. Naslednji korak, pravi Keung, bo videti, kako dobro se bo sistem prilagajal velikim naborom podatkov.

Kot korak v tej smeri so Qian in njeni sodelavci kodirali in prebrali navodila za ustvarjanje podobe tigra iz dinastije Han v starodavni Kitajski in barvne podobe pande v bujnem zelenju. Slike so bile kodirane v skoraj 270.000 1s in 0s ali "bitih".

Za zdaj mora področje zmanjšati stroške, preden lahko konkurira elektronskemu shranjevanju podatkov, pravi Guise. "Shranjevanje DNK je še vedno pred nami, preden postane komercialno pomembno," pravi. "Vendar obstaja potreba po prelomni tehnologiji."

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

   člen
   Google Učenjak

Prenesite reference