DNA lagrar data i bitar efter epigenetisk uppgradering

DNA lagrar data i bitar efter epigenetisk uppgradering

DNA har funnits i tusentals år mänsklighetens föredragna datalagringsanläggning. Tuff och kompakt, den är så informationstät att ett gram räcker med data för 10 miljoner timmars hög upplösning video kan spara.

Men det finns alltid utrymme för förbättringar.

En ny metod gör det nu möjligt att lagra information i DNA som binär kod - samma 0:or och 1:or som används av konventionella datorer. Denna metod kan en dag bli billigare och snabbare än att koda information i sekvensen av byggstenar som utgör DNA, som för närvarande används av celler och de flesta ansträngningar för att göra det Lagring av artificiellt genererad data motsvarar den metod som används.

Metoden är så enkel att 60 volontärer från olika fält kunde använda den för att spara den text de valt. Många av dem trodde från början inte att tekniken skulle fungera, säger Long Qian, en beräkningssyntetisk biolog vid Pekings universitet i Peking och författare till studien 1, som beskriver tekniken.

"När de såg sekvensen och fick de korrekta linjerna tillbaka började de tro att de faktiskt kunde göra det", förklarar hon. Studien publicerades idag i Nature.

Kort förvaring

Denna teknik är bara en av många Försöker göra DNA till ett hållbart alternativ till traditionella, elektroniska lagringsmöjligheter som inte kan hålla jämna steg med världens ökande dataproduktion. "Vi når fysiska gränser", säger Nicholas Guise, fysiker vid Georgia Tech Research Institute i Atlanta. "Och vi genererar hela tiden mer data."

Den enorma lagringskapaciteten av DNA gör det till ett attraktivt alternativ. Dessutom kan DNA, när det skyddas från fukt och ultraviolett ljus, kan hålla i hundratusentals år. Däremot måste elektroniska hårddiskar bytas ut med några års mellanrum annars blir data skadad.

Det mest uppenbara sättet att lagra information i DNA är att infoga data i DNA-sekvensen, en process som kräver att en DNA-sträng syntetiseras från grunden. Detta tillvägagångssätt är långsamt och många storleksordningar dyrare än elektronisk datalagring, förklarar Albert Keung, en syntetisk biolog vid North Carolina State University i Raleigh.

För att utveckla ett billigare och snabbare sätt vände sig Qian och hennes kollegor till det "Epigenom" - en mängd olika molekyler som celler använder för att kontrollera genaktivitet utan att modifiera själva DNA-sekvensen. Till exempel kan så kallade metylgrupper läggs till eller tas bort från DNA för att ändra deras funktion.

Qian och hennes kollegor utvecklade ett system där en serie korta, prefabricerade DNA-"byggstenar" - med eller utan metylgrupper - kunde läggas till ett reaktionskärl för att bilda en växande DNA-sträng med rätt binär kod. För att hämta uppgifterna använder forskarna en DNA-sekvenseringsteknik, som kan detektera metylgrupperna längs DNA-strängen. Resultaten kan tolkas som en binär kod, där närvaron av en metylgrupp motsvarar 1 och frånvaron motsvarar 0.

Pandaporträtt i DNA

Eftersom tekniken använder förgjorda DNA-fragment kan den optimeras ytterligare för att möjliggöra massproduktion, säger Keung. Detta skulle göra det mycket billigare än att syntetisera en skräddarsydd DNA-sträng för varje informationsbit som ska lagras. Nästa steg, säger Keung, kommer att vara att se hur väl systemet skalas för att rymma stora datamängder.

Som ett steg i denna riktning kodade och läste Qian och hennes kollegor instruktionerna för att skapa en bild av en tiger från Han-dynastin i det antika Kina och en färgad bild av en panda i frodig grönska. Bilderna kodades i nästan 270 000 1:or och 0:or, eller "bitar".

För nu måste fältet minska kostnaderna innan det kan konkurrera med elektronisk datalagring, säger Guise. "DNA-lagring har fortfarande en lång väg att gå innan det kan bli kommersiellt relevant", säger han. "Men det finns ett behov av störande teknik."

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

   Artikel
   Google Scholar

Ladda ner referenser