DNAチップを記憶媒体としてより応用できるようにするにはどのような課題を克服する必要があるか

DNAチップを記憶媒体としてより応用できるようにするにはどのような課題を克服する必要があるか

タイムスタンプ：24年2023月4日午前29時XNUMX分
ソースノード： 2845390
24 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) 遺伝性分子 DNA は、非常に小さな空間に長期間にわたって大量の情報を保存できます。したがって、科学者たちは約 10 年間、データの長期アーカイブなど、コンピューター技術用の DNA チップを開発するという目標を追求してきました。このようなチップは、記憶密度、寿命、持続可能性の点で、従来のシリコンベースのチップよりも優れています。 DNA 鎖には、繰り返される 4 つの基本構成要素が見られます。これらのブロックの特定のシーケンスを使用して、自然と同じように情報をエンコードできます。 DNA チップを構築するには、対応してコード化された DNA を合成し、安定化する必要があります。これがうまく機能すれば、情報は非常に長期間保存されることになります。研究者らは数千年を想定しています。情報は、4 つの基本構成要素のシーケンスを自動的に読み取ってデコードすることによって取得できます。 情報は半導体ナノセルロースで作られたチップ上にDNAの形で保存できる 情報は、半導体ナノセルロースで作られたチップ上に DNA の形で保存できます。光で制御されるタンパク質が情報を読み取ります。 (画像: ヴュルツブルク大学)

克服しなければならない課題は何か

「大容量で長寿命のデジタル DNA データ ストレージが実現可能であるという事実は、近年何度か実証されています」と、ヴュルツブルク ユリウス マクシミリアン大学 (JMU) バイオインフォマティクス学部長のトーマス ダンデカール教授は述べています。 「しかし、保管コストは高く、400,000メガバイトあたりXNUMX万米ドル近くかかり、DNAに保存された情報はゆっくりとしか取り出すことができません。データ量にもよりますが、数時間から数日かかります。」 実現するにはこれらの課題を克服する必要があります DNAデータの保存 より応用可能で市場性が高くなります。これに適したツールは、光制御酵素とタンパク質ネットワーク設計ソフトウェアです。 Thomas Dandekar と彼のチーム委員長の Aman Akash と Elena Bencurova がジャーナルの最近のレビューでこれについて議論しています バイオテクノロジーの動向 (「DNAデータストレージをより適用可能にする方法」）。 Dandekar 氏のチームは、DNA にはデータ ストアとしての将来性があると確信しています。このジャーナルの中で、JMU の研究者たちは、分子生物学と、 ナノテクノロジー、新しいポリマー、エレクトロニクス、オートメーションと体系的な開発を組み合わせることで、日常使用に役立つ DNA データ ストレージが数年以内に可能になる可能性があります。

ナノセルロース製のDNAチップ

JMU バイオセンターでは、ダンデカールのチームが細菌によって生産された半導体で作られた DNA チップを開発しています。 ナノセルロース。 「私たちの概念実証により、現在のエレクトロニクスとコンピューター技術を部分的に分子生物学的コンポーネントで置き換えることができることを示すことができます」と教授は言います。このようにして、持続可能性、完全なリサイクル可能性、電磁パルスや停電に対する高い堅牢性を実現できるだけでなく、DNA 20 グラムあたり最大 30 億ギガバイトという高い記憶密度も実現できます。 トーマス・ダンデカー氏は、DNA チップの開発の関連性が非常に高いと評価し、「分子生物学とエレクトロニクスおよび新しいポリマー技術を組み合わせた、この新しいタイプの持続可能なコンピューター技術に飛躍することができた場合にのみ、私たちは長期的に文明として存続することになるでしょう。」と述べています。 人類にとって重要なことは、惑星の境界線や環境と調和した循環経済に移行することだと彼は述べた。 「これをXNUMX年からXNUMX年以内に達成する必要があります。チップ技術はその重要な例ですが、電子機器廃棄物や環境汚染を発生させずにチップを製造するための持続可能な技術はまだ成熟していません。当社のナノセルロースチップのコンセプトは、これに貴重な貢献をします。新しい論文では、私たちのコンセプトを批判的に検討し、研究から得られた最新のイノベーションでそれをさらに発展させました。」

DNA保存メディアのさらなる改良

Dandekar のチームは現在、半導体ナノセルロースで作られた DNA チップと、彼らが開発したデザイナー酵素をさらにうまく組み合わせることに取り組んでいます。酵素もさらに改良する必要があります。 「このようにして、私たちはDNA記憶媒体の制御をますます改善し、さらに多くのデータを記憶できるようにしたいと考えていますが、同時にコストも削減することで、日常生活における記憶媒体としての実用化を段階的に可能にしていきたいと考えています。」

このトピックに関するさらに 3 つの出版物

Bencurova E、Shityakov S、Schaack D、Kaltdorf M、Sarukhanyan E、Hilgarth A、Rath C、Montenenegro S、Roth G、Lopez D、Dandekar T. シャーシ、光指向性 DNA ストレージ、人工電子特性を備えたスマート デバイスとしてのナノセルロース複合材料、チップ統合。 フロントBioengBiotechnol。 2022 8 10;869111:10.3389。土井: 2022.869111/fbioe.XNUMX Salihoglu R、Srivastava M、Liang C、Schilling K、Szalay A、Bencurova E、Dandekar T。 PRO-Simat: タンパク質ネットワークのシミュレーションおよび設計ツール。 コンピューティング構造バイオテクノロジー J. 2023 26 21;2767:2779-10.1016。土井: 2023.04.023/j.csbj.XNUMX Bencurova E、Akash A、Dobson RCJ、Dandekar T. DNA ストレージ - 自然生物学から合成生物学まで。 コンピューティング構造バイオテクノロジー J. 2023 2 21;1227:1235-10.1016。土井: 2023.01.045/j.csbj.XNUMX

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