Przełom w przechowywaniu danych DNA wykorzystuje naturalne procesy komórkowe do zapisywania danych cyfrowych

Naukowcy opracowali nową, sprytną metodę przechowywania danych cyfrowych w DNA bez konieczności syntetyzowania niestandardowych sekwencji DNA od podstaw. Niedawno opublikowany artykuł Nature wyjaśnia, w jaki sposób naukowcy wykorzystali naturalny proces epigenetyczny zwany metylacją, aby zasadniczo "nadrukować" informacje na istniejące nici DNA.

Zazwyczaj przechowywanie danych w DNA polega na przekształcaniu danych cyfrowych w sekwencje zasad nukleotydowych A, C, T i G. Następnie, w procesie zwanym syntezą de novo, sekwencje te są chemicznie tworzone w laboratorium w celu utworzenia DNA zawierającego dane. Pomimo znaczących postępów w tej dziedzinie, nadal jest to powolny, kosztowny i podatny na błędy proces - niezbyt idealny do archiwizacji danych na dużą skalę.

Jednak zespół z Uniwersytetu Pekińskiego i innych instytucji ominął te problemy, wykorzystując metylację do przepisania naturalnie występującego DNA. Metylacja jest modyfikacją epigenetyczną, którą organizmy zwykle wykorzystują do włączania lub wyłączania genów bez zmiany rzeczywistego kodu genetycznego.

Opracowali oni 700 unikalnych fragmentów DNA "typu ruchomego" jako elementy budulcowe dla swojego systemu pamięci masowej. Poprzez selektywny montaż określonych ruchomych typów na głównym szablonie DNA, zakodowali oni dane cyfrowe. Następnie enzym dodaje grupy metylowe w określonych miejscach, chemicznie oznaczając DNA pożądaną sekwencją 1 i 0.

W swoich eksperymentach udało im się przechowywać i pobierać wysokiej rozdzielczości obrazy pandy i starożytnego chińskiego rysunku z dokładnością do 97,47 procent. Naukowcy osiągnęli szybkość zapisu danych wynoszącą prawie 350 bitów na reakcję syntezy DNA, szybciej niż w przypadku syntezy de novo. Metoda oparta na metylacji jest teoretycznie znacznie tańsza, ponieważ ponownie wykorzystuje istniejące szablony DNA, zamiast potrzebować nowych od zera.

Oczywiście, nadal nie jest to tak szybkie ani opłacalne jak elektroniczne przechowywanie danych. Mimo to, ten epigenetyczny spin w przechowywaniu danych DNA jest dużym krokiem w kierunku obsługi ogromnego wzrostu danych cyfrowych przy użyciu naturalnego nośnika pamięci. Po wprowadzeniu dalszych poprawek, systemy przechowywania DNA wykorzystujące metylację mogą stać się praktycznym sposobem archiwizowania danych na świecie w formacie o niskiej mocy, trwałym i bardziej przystępnym cenowo niż budowanie DNA od podstaw.

Naukowcy stwierdzili: "Ponieważ przechowywanie danych DNA wkracza w fazę komercjalizacji, struktura epi-bit pokazuje potencjalne kierunki równoległego przechowywania informacji molekularnych z prefabrykowaną modułowością"