Naukowcy z Cavendish Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge ogłosili stworzenie metody, która pozwoli na przechowywanie zaszyfrowanych danych w cząsteczkach DNA, a także ich przepisywanie. Naukowcy mówili o tym w czasopiśmie Nano Letters.
Naukowcy z Cavendish Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge ogłosili stworzenie metody, która pozwoli na przechowywanie zaszyfrowanych danych w cząsteczkach DNA, a także ich przepisywanie. Naukowcy mówili o tym w czasopiśmie Nano Letters.
Ideą przechowywania informacji przy użyciu kodu genetycznego jest synteza długich cząsteczek DNA z indywidualnymi sekwencjami podstawowych bloków. Osiągnięta w ten sposób gęstość zapisu danych jest o rzędy wielkości wyższa niż w istniejących technologiach magnetycznych lub półprzewodnikowych, a czas przechowywania sięga tysięcy, a nie dziesiątek lat. Trwałość i gęstość danych DNA byłaby szczególnie przydatna do archiwizacji, gdyby nie pewne istotne ograniczenia.
„Jednym z największych wyzwań jest tworzenie DNA” - mówi Ulrich Keizer, profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie Cambridge. - Synteza de novo cząsteczek DNA o zadanych sekwencjach jednostek podstawowych jest dość długa, bardzo pracochłonna i wymaga użycia enzymów. Ale dzięki naszemu podejściu stało się to łatwiejsze - to jak budowanie modelu z klocków LEGO. Wystarczy wymieszać składniki, podgrzać i schłodzić”.
Odczytywanie danych zapisanych w sekwencjach DNA jest również powolne i kosztowne. Technologia sekwencjonowania przeszła długą drogę, ale nadal w dużym stopniu opiera się na tworzeniu miliardów kopii cząsteczki w celu wzmocnienia sygnałów z interakcji białek. Alternatywna metoda sekwencjonowania przepuszcza cząsteczkę DNA przez nanopory i odczytuje sekwencję w czasie rzeczywistym w oparciu o zmiany prądu jonowego, gdy przechodzą przez nią różne pary zasad. Chociaż jest to tańsze i wydajniejsze, odczytanie bitów z sekwencji DNA w ten sposób jest nadal zbyt czasochłonne dla technologii przechowywania.
Autorzy nowej pracy opracowali podejście, które umożliwia łatwe i dokładne odczytywanie informacji za pomocą nanoporów i zapisywanie ich poprzez zwykłe mieszanie substancji. Kluczem do nowego podejścia jest kontrola „wygrzewania” lepkich końców jednoniciowego DNA. Sekwencja nukleotydów w szkielecie DNA jest taka sama we wszystkich stosowanych cząsteczkach, ale komplementarna nić, która jest biotynylowana, może zawierać inne zasady. Kiedy nić komplementarna zostanie biotynylowana, będzie wiązać się z cząsteczkami streptawidyny, ułatwiając wykrycie zmian prądu jonowego, gdy DNA przechodzi przez nanopory. Odpowiednio, obecność tej substancji na określonej części DNA jest zapisywana w programie odczytu jako „1”, a jej brak jako „0”.
Nowa technologia zapisu i odczytu informacji wykorzystuje dodatkowy jednoniciowy DNA, który wystaje po funkcjonalizacji, co ułatwia wymazywanie i przepisywanie informacji. Dane pozostają zaszyfrowane przez wystające biotynylowane włókna. Jest to możliwe, ponieważ tylko ktoś, kto zna sekwencję lepkich końców jednoniciowego DNA, będzie wiedział, jaką sekwencję musi mieć nić komplementarna połączona ze streptowidyną, aby mieć sekwencję zer i jedynek uzyskaną przez sekwencjonowanie nanoporów. Teraz naukowcy planują rozwinąć technologię, eksperymentować z substancjami innymi niż streptowidyna, aby poprawić wydajność procesów rejestrowania i usuwania informacji.
Autor: Nikita Shevtsev
Film promocyjny: