DNA jako nośnik danych coraz bliżej? Nowe ustalenia

DNA jako nośnik danych coraz bliżej. Naukowcy dodali siedem dodatkowych liter do molekularnego alfabetu

DNA już od jakiegoś czasu jest postrzegane jako idealny nośnik do przechowywania danych. Dzięki dodaniu siedmiu dodatkowych liter do molekularnego alfabetu i opracowaniu precyzyjnej metody odczytu przez naukowców z Illinois, wkrótce stanie się to rzeczywistością.

Od naukowców po influencerów mediów społecznościowych – każdy, kto ma do przechowania informacje, może skorzystać z bezpiecznej, trwałej skrytki na dane – a podwójna helisa pasuje do tego celu.

DNA jest jedną z najlepszych opcji, jeśli nie najlepszą, do przechowywania zwłaszcza danych archiwalnych.

Chao Pan, student University of Illinois Urbana-Champaign i współautor nowej techniki

Długowieczność, z którą rywalizuje jedynie trwałość, sprawia, że DNA zostało zaprojektowane tak, by przetrwać najtrudniejsze warunki panujące na Ziemi – czasem przez dziesiątki tysięcy lat – i pozostać realnym źródłem danych. Naukowcy mogą sekwencjonować skamieniałe nici, aby odkryć historie genetyczne i tchnąć życie w dawno zapomniane krajobrazy.

Każdego dnia w Internecie generowanych jest kilka petabajtów danych. Do przechowywania tych danych wystarczyłby zaledwie jeden gram DNA. Tak gęste jest DNA jako nośnik danych.

Kasra Tabatabaei z Beckman Institute for Advanced Science and Technology, współautor badania

Inną cechą DNA jest jego naturalna obfitość i niemal nieskończona odnawialność – cecha, której nie dysponuje najbardziej zaawansowany system przechowywania danych dostępny obecnie na rynku: krzemowe mikrochipy, które często krążą w obiegu przez zaledwie kilkadziesiąt lat.

Czytaj też: Nowa metoda sekwencjonowania DNA została oficjalnie uznana za najszybszą na świecie i trafiła do Księgi rekordów Guinessa

Poszerzony alfabet

W naturze każda nić DNA zawiera cztery związki chemiczne – adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C) i tyminę (T). Układają się one i zmieniają swoje położenie wzdłuż podwójnej helisy, tworząc kombinacje, które naukowcy mogą rozszyfrować lub sekwencjonować. Teraz naukowcy dodali do tego zestawu siedem syntetycznych par zasadowych, rozszerzając genetyczny alfabet.

Wyobraźmy sobie alfabet angielski. Gdybyś miał do dyspozycji tylko cztery litery, mógłbyś stworzyć tylko tyle słów. Gdybyś miał pełny alfabet, mógłbyś tworzyć nieskończoną liczbę kombinacji słów. Tak samo jest z DNA. Zamiast zamieniać zera i jedynki na A, G, C i T, możemy zamienić zera i jedynki na A, G, C, T i siedem nowych liter w alfabecie magazynowym.

Kasra Tabatabaei

Naukowcy z Beckman Institute jako pierwsi na świecie wykorzystali chemicznie zmodyfikowane nukleotydy do przechowywania informacji w DNA. Uczeni połączyli uczenie maszynowe i sztuczną inteligencję, aby opracować pierwszą w swoim rodzaju metodę przetwarzania odczytu sekwencji DNA. System pozwala odróżnić zmodyfikowane substancje chemiczne od naturalnych, a także rozróżnić każdą z siedmiu nowych cząsteczek od siebie nawzajem.

Wypróbowaliśmy 77 różnych kombinacji 11 nukleotydów i nasza metoda była w stanie doskonale rozróżnić każdą z nich. Ramy uczenia maszynowego stanowiące część naszej metody identyfikacji różnych nukleotydów są uniwersalne, co umożliwia uogólnienie naszego podejścia do wielu innych zastosowań.

Chao Pan

Tłumaczenie jest możliwe dzięki nanoporom: białkom z otworem w środku, przez które nić DNA może łatwo przejść. Co niezwykłe, zespół odkrył, że nanopory mogą wykryć i rozróżnić każdą pojedynczą jednostkę monomeru wzdłuż nici DNA – niezależnie od tego, czy jednostki te mają pochodzenie naturalne, czy chemiczne. Wyniki badań zostały opublikowane w Nano Letters.