Tantangan apa yang perlu diatasi agar chip DNA lebih dapat diterapkan sebagai media penyimpanan

Tantangan apa yang perlu diatasi agar chip DNA lebih dapat diterapkan sebagai media penyimpanan

Stempel Waktu: 24 Agustus 2023 4
Node Sumber: 2845390
24 Agustus 2023 (Berita Nanowerk) Molekul DNA yang diturunkan dapat menyimpan banyak informasi dalam jangka waktu yang lama dalam ruang yang sangat kecil. Oleh karena itu, selama sepuluh tahun, para ilmuwan telah mengejar tujuan mengembangkan chip DNA untuk teknologi komputer, misalnya untuk pengarsipan data jangka panjang. Chip tersebut akan lebih unggul dibandingkan chip berbasis silikon konvensional dalam hal kepadatan penyimpanan, umur panjang, dan keberlanjutan. Empat blok bangunan dasar berulang ditemukan dalam untai DNA. Urutan spesifik dari blok-blok ini dapat digunakan untuk menyandikan informasi, seperti yang dilakukan alam. Untuk membangun chip DNA, DNA yang diberi kode harus disintesis dan distabilkan. Jika cara ini berhasil, maka informasi akan tersimpan dalam jangka waktu yang sangat lama – para peneliti berasumsi beberapa ribu tahun. Informasi tersebut dapat diambil dengan secara otomatis membaca dan menguraikan urutan empat blok penyusun dasar. Informasi dapat disimpan dalam bentuk DNA pada chip yang terbuat dari nanoselulosa semikonduktor Informasi dapat disimpan dalam bentuk DNA pada chip yang terbuat dari nanoselulosa semikonduktor. Protein yang dikontrol cahaya membaca informasi tersebut. (Gambar: Universitas Würzburg)

Tantangan apa yang harus diatasi

“Fakta bahwa penyimpanan data DNA digital dengan kapasitas tinggi dan umur panjang dapat dilakukan telah dibuktikan beberapa kali dalam beberapa tahun terakhir,” kata Profesor Thomas Dandekar, kepala Bioinformatika di Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. “Tetapi biaya penyimpanannya tinggi, mendekati 400,000 dolar AS per megabyte, dan informasi yang disimpan dalam DNA hanya dapat diambil secara perlahan. Dibutuhkan waktu berjam-jam hingga berhari-hari, tergantung pada jumlah datanya.” Tantangan-tantangan ini harus diatasi untuk mewujudkannya Penyimpanan data DNA lebih aplikatif dan dapat dipasarkan. Alat yang cocok untuk ini adalah enzim yang dikontrol cahaya dan perangkat lunak desain jaringan protein. Thomas Dandekar dan anggota tim ketuanya Aman Akash dan Elena Bencurova membahas hal ini dalam ulasan terbaru di jurnal Tren dalam Bioteknologi (“Cara membuat penyimpanan data DNA lebih dapat diterapkan”). Tim Dandekar yakin bahwa DNA memiliki masa depan sebagai penyimpan data. Dalam jurnal tersebut, para peneliti JMU menunjukkan bagaimana kombinasi biologi molekuler, нанотехнологии, polimer baru, elektronik, dan otomatisasi, ditambah dengan pengembangan sistematis, dapat membuat penyimpanan data DNA berguna untuk penggunaan sehari-hari dalam beberapa tahun.

Chip DNA terbuat dari nanoselulosa

Di JMU Biocentre, tim Dandekar sedang mengembangkan chip DNA yang terbuat dari bahan semikonduktor yang diproduksi secara bakterial nanoselulosa. “Dengan pembuktian konsep kami, kami dapat menunjukkan bagaimana teknologi elektronik dan komputer saat ini dapat digantikan sebagian oleh komponen biologi molekuler,” kata profesor tersebut. Dengan cara ini, keberlanjutan, kemampuan daur ulang penuh, dan ketahanan yang tinggi bahkan terhadap gelombang elektromagnetik atau pemadaman listrik dapat dicapai, namun juga kepadatan penyimpanan yang tinggi hingga satu miliar gigabyte per gram DNA. Thomas Dandekar menilai pengembangan chip DNA sangat relevan: “Kita hanya akan bertahan sebagai sebuah peradaban dalam jangka panjang jika kita melakukan lompatan ke dalam teknologi komputer berkelanjutan jenis baru yang menggabungkan biologi molekuler dengan elektronik dan teknologi polimer baru.” Yang penting bagi umat manusia, katanya, adalah beralih ke ekonomi sirkular yang selaras dengan batas-batas planet dan lingkungan. “Kita perlu mencapai ini dalam 20 hingga 30 tahun. Teknologi chip adalah contoh penting dari hal ini, namun teknologi berkelanjutan untuk memproduksi chip tanpa limbah elektronik dan pencemaran lingkungan masih belum matang. Konsep chip nanoselulosa kami memberikan kontribusi yang berharga dalam hal ini. Dalam makalah baru ini, kami mengkaji konsep kami secara kritis dan mengembangkannya lebih jauh dengan inovasi terkini dari penelitian.”

Lebih meningkatkan media penyimpanan DNA

Tim Dandekar saat ini sedang berupaya menggabungkan chip DNA yang terbuat dari nanoselulosa semikonduktor dengan lebih baik lagi dengan enzim perancang yang telah mereka kembangkan. Enzimnya juga perlu ditingkatkan lebih lanjut. “Dengan cara ini, kami ingin mencapai kontrol yang lebih baik terhadap media penyimpanan DNA dan dapat menyimpan lebih banyak lagi di dalamnya, tetapi juga menghemat biaya dan dengan demikian selangkah demi selangkah memungkinkan penggunaan praktis sebagai media penyimpanan dalam kehidupan sehari-hari.”

Tiga publikasi lebih lanjut tentang topik tersebut

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Komposit Nanoselulosa sebagai Perangkat Cerdas Dengan Sasis, Penyimpanan DNA Terarah Cahaya, Properti Elektronik Rekayasa , dan Integrasi Chip. Depan Bioeng Biotechnol. 2022 Agustus 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: Alat desain dan simulasi jaringan protein. Struktur Komputasi Bioteknologi J. 2023 April 26;21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. Penyimpanan DNA-dari biologi alami hingga biologi sintetik. Struktur Komputasi Bioteknologi J. 2023 Februari 2;21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

Stempel Waktu:

Lebih dari Nanowerk