Milyen kihívásokat kell leküzdeni ahhoz, hogy a DNS-chipeket tárolóeszközként jobban alkalmazhatóvá tegyük?

24. augusztus 2023. (Nanowerk News) Az örökletes molekula DNS nagyon sok információt képes tárolni hosszú időn keresztül, nagyon kis helyen. A tudósok ezért bő tíz éve azt a célt követik, hogy számítógépes technológiai célú DNS-chipeket fejlesszenek ki, például adatok hosszú távú archiválására. Az ilyen chipek tárolási sűrűségük, élettartamuk és fenntarthatóságuk szempontjából jobbak lennének a hagyományos szilícium alapú chipeknél. Négy visszatérő alapvető építőelem található egy DNS-szálban. Ezeknek a blokkoknak egy meghatározott sorozata felhasználható információk kódolására, akárcsak a természet. A DNS chip felépítéséhez a megfelelően kódolt DNS-t szintetizálni és stabilizálni kell. Ha ez jól működik, az információ nagyon hosszú ideig megőrződik – a kutatók több ezer évig feltételezik. Az információ a négy alapvető építőelem sorozatának automatikus kiolvasásával és dekódolásával kinyerhető. Az információ DNS formájában tárolható félvezető nanocellulózból készült chipeken. A fényvezérelt fehérjék olvassák az információkat. (Kép: Würzburgi Egyetem)

Milyen kihívásokat kell leküzdeni

„Az a tény, hogy a nagy kapacitású és hosszú élettartamú digitális DNS-adattárolás megvalósítható, az elmúlt években többször is bebizonyosodott” – mondja Thomas Dandekar professzor, a Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg bioinformatikai tanszékének vezetője. „A tárolási költségek azonban magasak, megabájtonként megközelítik a 400,000 XNUMX dollárt, és a DNS-ben tárolt információkat csak lassan lehet visszakeresni. Óráktól napokig tart, az adatmennyiségtől függően.” Ezeket a kihívásokat le kell küzdeni DNS adattárolás alkalmazhatóbb és piacképesebb. Ennek megfelelő eszközei a fényvezérelt enzimek és a fehérjehálózat-tervező szoftverek. Thomas Dandekar és elnöki csapatának tagjai, Aman Akash és Elena Bencurova megvitatják ezt a folyóiratban megjelent friss áttekintésben. A biotechnológia trendjei („Hogyan tehetjük alkalmazhatóbbá a DNS-adattárolást”). Dandekar csapata meg van győződve arról, hogy a DNA-nak adattárként van jövője. A folyóiratban a JMU kutatói bemutatják, hogy a molekuláris biológia kombinációja, nanotechnológia, az új polimerek, az elektronika és az automatizálás szisztematikus fejlesztéssel párosulva néhány éven belül lehetővé tehetik a DNS-adatok mindennapi használatra való tárolását.

Nanocellulózból készült DNS chipek

A JMU Biocentre-ban Dandekar csapata félvezető, bakteriálisan előállított DNS chipeket fejleszt. nanocellulóz. „A koncepció bizonyításával megmutathatjuk, hogy a jelenlegi elektronikát és számítástechnikát hogyan lehet részben helyettesíteni molekuláris biológiai komponensekkel” – mondja a professzor. Ily módon fenntarthatóság, teljes újrahasznosíthatóság és nagy robusztusság érhető el még elektromágneses impulzusokkal vagy áramkimaradásokkal szemben is, de akár egy gramm DNS-enként akár egymilliárd gigabájtnyi tárolási sűrűség is elérhető. Thomas Dandekar kiemelten fontosnak tartja a DNS-chipek fejlesztését: „Hosszú távon csak akkor fogunk kitartani civilizációként, ha ugrást teszünk a molekuláris biológiát elektronikával és új polimertechnológiával ötvöző új típusú, fenntartható számítógépes technológiába.” Az emberiség számára az a fontos – mondta –, hogy a bolygók határaival és a környezettel összhangban álló körkörös gazdaságra térjenek át. „Ezt 20-30 éven belül el kell érnünk. A chiptechnológia fontos példa erre, de a chipek e-hulladék és környezetszennyezés nélküli fenntartható technológiái még nem érettek ki. Nanocellulóz chip koncepciónk értékes hozzájárulást jelent ehhez. Az új cikkben kritikusan megvizsgáltuk koncepciónkat, és továbbfejlesztettük a kutatás jelenlegi innovációival.”

A DNS-tárolóközeg további fejlesztése

A Dandekar csapata jelenleg azon dolgozik, hogy a félvezető nanocellulózból készült DNS chipeket még jobban kombinálják az általuk kifejlesztett dizájnerenzimekkel. Az enzimeket is tovább kell javítani. „Ilyen módon szeretnénk elérni a DNS-tároló közeg egyre jobb ellenőrzését, és még többet tárolni rajta, ugyanakkor költséget takaríthatunk meg, és így lépésről lépésre lehetővé válik a mindennapi életben való praktikus adathordozóként való használat.”

Három további publikáció a témában

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Nanocellulose Composites as Smart Devices With Chassis, Light-Directed DNS Storage, Engineered Electronic Properties és Chip Integráció. Elülső Bioeng Biotechnol. 2022. augusztus 8.;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. április 26.; 21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. DNS tárolás – a természetes biológiától a szintetikus biológiáig. Comput Struct Biotechnol J. 2023. február 2.;21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• ChartPrime. Emelje fel kereskedési játékát a ChartPrime segítségével. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63534.php