Η νέα τεχνολογία «epi-bits» θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο αποθήκευσης δεδομένων, προσφέροντας μια μέθοδο υψηλής πυκνότητας και οικονομικά αποδοτική, χρησιμοποιώντας DNA για την αποτελεσματική αποθήκευση τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου αποκάλυψαν μια πρωτοποριακή προσέγγιση για την αποθήκευση δεδομένων DNA, η οποία αξιοποιεί την ενζυματική μεθυλίωση για την πυκνή και αποτελεσματική αποθήκευση δεδομένων.
Αυτή η νέα μέθοδος, που ονομάζεται «epi-bits», επιτρέπει την αποθήκευση δεδομένων υψηλής χωρητικότητας, η οποία είναι επεκτάσιμη και οικονομικά αποδοτική, αποδεικνύοντας την πρακτικότητα της χρήσης του DNA ως ευέλικτου μέσου αποθήκευσης.
Πρόσφατα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, με επικεφαλής τον Cheng Zhang, πρύτανη του Τμήματος Επιστήμης Υπολογιστών, και τον Long Qian από το Κέντρο Ποσοτικής Βιολογίας, δημοσίευσαν μια πρωτοποριακή μελέτη στο «Nature» με τίτλο «Parallel Molecular Data Storage by Printing Epigenetic Bits on DNA».
Η μελέτη αυτή εισάγει μια πρωτοποριακή μέθοδο αποθήκευσης δεδομένων με βάση το DNA. Χρησιμοποιώντας ενζυματική μεθυλίωση, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν τρόπο κωδικοποίησης δεδομένων ως επιγενετικών τροποποιήσεων, που ονομάζονται «epi-bits», τα οποία μπορούν να προστεθούν με ακρίβεια σε καθολικά πρότυπα DNA. Αυτή η καινοτομία προσφέρει μια επεκτάσιμη και προγραμματιζόμενη προσέγγιση για την αποθήκευση μοριακών δεδομένων.
Καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει αυξανόμενες προκλήσεις στη διαχείριση της συνεχώς αυξανόμενης ροής ψηφιακών πληροφοριών, το DNA παρουσιάζει μια ελκυστική λύση. Με την αξιοσημείωτη πυκνότητα αποθήκευσης -μόνο ένα γραμμάριο DNA μπορεί να χωρέσει 215.000 terabytes, που ισοδυναμούν με 10 εκατομμύρια ώρες βίντεο υψηλής ευκρίνειας (Imburgia & Nivala, 2024)- και την μακροπρόθεσμη σταθερότητά του, το DNA είναι ιδανικό μέσο για αποθήκευση δεδομένων.
Ωστόσο, οι παραδοσιακές μέθοδοι βασίζονται στην de novo σύνθεση, όπου τα νουκλεοτίδια προστίθενται διαδοχικά, καθιστώντας τη διαδικασία αργή και δαπανηρή. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε από τον Zhang και την ομάδα του ξεπερνά αυτούς τους περιορισμούς επιτρέποντας την παράλληλη, προγραμματιζόμενη συναρμολόγηση DNA, καθιστώντας την εγγραφή δεδομένων ταχύτερη και πιο αποτελεσματική.
Επιπλέον, η μέθοδος «epi-bit» μπορεί να χρησιμοποιηθεί από άτομα για την εξατομίκευση της αποθήκευσης DNA τους, όπως φαίνεται από την εφαρμογή της μεθόδου από 60 εθελοντές από διαφορετικά ακαδημαϊκά υπόβαθρα. Αυτό δείχνει ξεκάθαρα τις δυνατότητες που έχει η μέθοδος «epi-bit» των Zhang et al. ως μια προσιτή, ευέλικτη, γρήγορη και χαμηλού κόστους μέθοδος αποθήκευσης DNA.
Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται μέσω επιλεκτικής μεθυλίωσης σε βάσεις κυτοσίνης στο DNA.
Τα προ-συντεθειμένα θραύσματα DNA, που ονομάζονται τούβλα DNA, συναρμολογούνται σε έναν επαναχρησιμοποιήσιμο κλώνο DNA. Κάθε τούβλο DNA συνδέεται σε μια μοναδική θέση στον κλώνο.
Η ακριβής δέσμευση του τούβλου καθοδηγεί ένα ένζυμο στη μεθυλίωση μιας συγκεκριμένης θέσης στο πρότυπο, το οποίο «εκτυπώνει» αποτελεσματικά τα δεδομένα στο πρότυπο.
Ακολουθώντας το ίδιο δυαδικό σύστημα με το υλικό του υπολογιστή, κάθε τούβλο DNA φέρει μια μεθυλιωμένη ή μη μεθυλιωμένη θέση για να κωδικοποιήσει το 1 ή το 0, αντίστοιχα.
Τα bit epi διαβάζονται χρησιμοποιώντας μια συσκευή αλληλουχίας νανοπόρου.
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο «epi-bit», οι ερευνητές μπόρεσαν να γράψουν 275.000 bit πληροφοριών σε πέντε πρότυπα σε μια αυτοματοποιημένη πλατφόρμα, χωρίς να απαιτείται σύνθεση DNA, συμπεριλαμβανομένων δύο φωτογραφιών υψηλής ευκρίνειας μιας λευκής τίγρης και ενός γιγαντιαίου πάντα.
Στο iDNAdrive, μια πλατφόρμα που δημιουργήθηκε από τους Zhang et al. που επιτρέπει στους χρήστες να κωδικοποιούν μόνοι τους δεδομένα, οι εθελοντές κωδικοποίησαν περίπου 5.000 bit δεδομένων χρησιμοποιώντας κιτ εγγραφής epi-bit. Το ποσοστό σφάλματος κατά την ανάγνωση των δεδομένων ήταν τόσο χαμηλό όσο 1,42%.
Αναφορά: «Παράλληλη αποθήκευση μοριακών δεδομένων με εκτύπωση επιγενετικών κομματιών στο DNA» από τους Cheng Zhang, Ranfeng Wu, Fajia Sun, Yisheng Lin, Yuan Liang, Jiongjiong Teng, Na Liu, Qi Ouyang, Long Qian και Hao Yan, 23 Οκτωβρίου 2024, Nature . – DOI: 10.1038/s41586-024-08040-5
Πίστωση: SciTechDaily.com
Εφημερίδα Απογευματινή
