Mitä haasteita on voitettava, jotta DNA-siruja voidaan käyttää paremmin tallennusvälineinä

24. elokuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Perinnöllinen molekyyli DNA voi tallentaa paljon tietoa pitkiä aikoja hyvin pieneen tilaan. Tiedemiehet ovatkin jo runsaan kymmenen vuoden ajan pyrkineet kehittämään DNA-siruja tietotekniikkaan, esimerkiksi tiedon pitkäaikaiseen arkistointiin. Tällaiset sirut olisivat parempia kuin perinteiset piipohjaiset sirut varastointitiheyden, pitkäikäisyyden ja kestävyyden suhteen. DNA-juosteesta löytyy neljä toistuvaa perusrakennuspalikoita. Tiettyä näiden lohkojen sarjaa voidaan käyttää tiedon koodaamiseen, aivan kuten luontokin. DNA-sirun rakentamiseksi vastaavasti koodattu DNA on syntetisoitava ja stabiloitava. Jos tämä toimii hyvin, tieto säilyy hyvin pitkään – tutkijat olettavat useita tuhansia vuosia. Tiedot voidaan hakea automaattisesti lukemalla ja dekoodaamalla neljän perusrakennuspalikan sekvenssi. Tietoa voidaan tallentaa DNA:n muodossa puolijohtavasta nanoselluloosasta valmistetuille siruille. Valolla ohjatut proteiinit lukevat tiedot. (Kuva: Würzburgin yliopisto)

Mitä haasteita on voitettava

"Se tosiasia, että digitaalinen DNA-tietojen tallennus suurella kapasiteetilla ja pitkällä käyttöiällä on mahdollista, on osoitettu useaan otteeseen viime vuosina", sanoo professori Thomas Dandekar, Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburgin bioinformatiikan katedraalin johtaja. "Mutta säilytyskustannukset ovat korkeat, lähes 400,000 XNUMX dollaria megatavua kohden, ja DNA:han tallennetut tiedot voidaan hakea vain hitaasti. Se kestää tunteista päiviin tiedon määrästä riippuen." Nämä haasteet on voitettava, jotta niitä voidaan ratkaista DNA-tietojen tallennus soveltuvampi ja markkinoitavampi. Sopivia työkaluja tähän ovat valoohjatut entsyymit ja proteiiniverkoston suunnitteluohjelmistot. Thomas Dandekar ja hänen puheenjohtajatiiminsä jäsenet Aman Akash ja Elena Bencurova keskustelevat tästä äskettäisessä katsauksessa lehdessä Biotekniikan suuntaukset ("Miten tehdä DNA-tietojen tallentamisesta soveltuvampaa"). Dandekarin tiimi on vakuuttunut siitä, että DNA:lla on tulevaisuutta tietovarastona. Lehdessä JMU:n tutkijat osoittavat, kuinka molekyylibiologian yhdistelmä, nanoteknologian, uudet polymeerit, elektroniikka ja automaatio yhdistettynä systemaattiseen kehitykseen voivat tehdä DNA-tietojen tallentamisesta hyödyllistä jokapäiväiseen käyttöön muutamassa vuodessa.

Nanoselluloosasta valmistetut DNA-sirut

JMU Biokeskuksessa Dandekarin tiimi kehittää DNA-siruja, jotka on valmistettu puolijohtavista, bakteerituotettavista nanoselluloosaa. "Konseptitodistuksellamme voimme näyttää, kuinka nykyinen elektroniikka ja tietotekniikka voidaan osittain korvata molekyylibiologisilla komponenteilla", professori sanoo. Tällä tavalla voidaan saavuttaa kestävyys, täydellinen kierrätettävyys ja korkea kestävyys jopa sähkömagneettisia pulsseja tai sähkökatkoja vastaan, mutta myös suuri tallennustiheys, jopa miljardi gigatavua grammaa kohti DNA:ta. Thomas Dandekar pitää DNA-sirujen kehittämistä erittäin tärkeänä: "Kesymme sivilisaationa vain pidemmällä aikavälillä, jos otamme harppauksen tähän uudenlaiseen kestävään tietokonetekniikkaan, jossa yhdistyvät molekyylibiologia elektroniikkaan ja uuteen polymeeriteknologiaan." Hänen mukaansa ihmiskunnalle on tärkeää siirtyä kiertotalouteen sopusoinnussa planeettojen rajojen ja ympäristön kanssa. "Meidän on saavutettava tämä 20-30 vuodessa. Siruteknologia on tästä tärkeä esimerkki, mutta kestävät teknologiat hakkeen tuottamiseksi ilman sähköjätettä ja ympäristön saastumista eivät ole vielä kypsiä. Nanoselluloosasirukonseptimme antaa arvokkaan panoksen tähän. Uudessa paperissa tarkastelimme kriittisesti konseptiamme ja kehitimme sitä edelleen nykyisten tutkimuksen innovaatioiden avulla.

DNA-tallennusvälineiden parantaminen edelleen

Dandekarin tiimi työskentelee parhaillaan puolijohtavasta nanoselluloosasta valmistettujen DNA-sirujen yhdistämiseksi entistä paremmin kehittämiensä designentsyymien kanssa. Entsyymejä on myös parannettava edelleen. "Tällä tavalla haluamme saavuttaa DNA-tallennusvälineen entistä paremman hallinnan ja pystyä tallentamaan siihen entistä enemmän, mutta samalla säästämään kustannuksia ja mahdollistamaan näin askel askeleelta käytännön käytön tallennusvälineenä jokapäiväisessä elämässä."

Kolme muuta julkaisua aiheesta

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Nanoselluloosakomposiitit älykkäinä laitteina, joissa on runko, valo-DNA-tallennus, tekniset elektroniset ominaisuudet ja Chip Integration. Edessä Bioeng Biotechnol. 2022 8. elokuuta;10:869111. doi: 10.3389/fbioe.2022.869111 Salihoglu R, Srivastava M, Liang C, Schilling K, Szalay A, Bencurova E, Dandekar T. PRO-Simat: Protein network simulation and design tool. Comput Struct Biotechnol J. 2023 26. huhtikuuta; 21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. DNA:n varastointi - luonnollisesta biologiasta synteettiseen biologiaan. Comput Struct Biotechnol J. 2023 Helmikuu 2;21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63534.php