DNA 칩을 저장 매체로 활용하기 위해 극복해야 할 과제는 무엇입니까?

DNA 칩을 저장 매체로 활용하기 위해 극복해야 할 과제는 무엇입니까?

타임 스탬프 : 24 년 2023 월 4 일 오전 29:XNUMX
소스 노드 : 2845390
24년 2023월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 유전분자 DNA는 아주 작은 공간에 오랜 기간 동안 많은 양의 정보를 저장할 수 있습니다. 따라서 지난 10년 동안 과학자들은 데이터의 장기 보관과 같은 컴퓨터 기술용 DNA 칩을 개발하려는 목표를 추구해 왔습니다. 이러한 칩은 저장 밀도, 수명 및 지속 가능성 측면에서 기존 실리콘 기반 칩보다 우수합니다. 4개의 반복되는 기본 구성 요소가 DNA 가닥에서 발견됩니다. 자연과 마찬가지로 이러한 블록의 특정 순서를 사용하여 정보를 인코딩할 수 있습니다. DNA 칩을 만들려면 그에 따라 암호화된 DNA가 합성되고 안정화되어야 합니다. 이것이 잘 작동한다면 정보는 매우 오랫동안 보존됩니다. 연구자들은 수천 년을 가정합니다. 정보는 4가지 기본 빌딩 블록의 순서를 자동으로 읽고 해독하여 검색할 수 있습니다. 반도체 나노셀룰로오스로 만든 칩에 정보를 DNA 형태로 저장할 수 있다 정보는 반도체 나노셀룰로오스로 만들어진 칩에 DNA 형태로 저장될 수 있다. 빛 조절 단백질은 정보를 읽습니다. (이미지 : 뷔르츠부르크 대학교)

극복해야 할 과제는 무엇인가

JMU(Julius-Maximilians-Universität) Würzburg의 생물정보학 의장인 Thomas Dandekar 교수는 “대용량과 긴 수명을 갖춘 디지털 DNA 데이터 저장이 가능하다는 사실은 최근 몇 년 동안 여러 번 입증되었습니다.”라고 말합니다. “그러나 저장 비용은 메가바이트당 400,000만 달러에 육박할 정도로 높으며, DNA에 저장된 정보는 천천히 검색될 수 있습니다. 데이터 양에 따라 몇 시간에서 며칠이 걸립니다.” 이를 위해서는 이러한 과제를 극복해야 합니다. DNA 데이터 저장 더 적용 가능하고 시장성이 있습니다. 이에 적합한 도구는 빛 조절 효소와 단백질 네트워크 설계 소프트웨어입니다. Thomas Dandekar와 그의 의장 팀원인 Aman Akash와 Elena Bencurova는 최근 저널 리뷰에서 이에 대해 논의했습니다. 생명 공학 트렌드 (“DNA 데이터 저장을 보다 적용 가능하게 만드는 방법”). Dandekar 팀은 DNA가 데이터 저장소로서 미래를 가질 것이라고 확신합니다. 저널에서 JMU 연구원들은 분자생물학의 결합 방법을 보여줍니다. 나노 기술, 체계적인 개발과 결합된 새로운 폴리머, 전자 및 자동화는 DNA 데이터 저장을 몇 년 안에 일상적인 사용에 유용하게 만들 수 있습니다.

나노셀룰로오스로 만든 DNA 칩

JMU Biocentre에서 Dandekar 팀은 박테리아로 생산된 반도체로 만든 DNA 칩을 개발하고 있습니다. 나노 셀룰로오스. “우리의 개념 증명을 통해 우리는 현재의 전자 장치와 컴퓨터 기술이 어떻게 부분적으로 분자 생물학적 구성 요소로 대체될 수 있는지 보여줄 수 있습니다.”라고 교수는 말합니다. 이러한 방식으로 지속 가능성, 완전한 재활용성 및 전자기 펄스나 정전에 대한 높은 견고성을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 DNA 그램당 최대 20억 기가바이트의 높은 저장 밀도도 달성할 수 있습니다. Thomas Dandekar는 DNA 칩 개발의 관련성이 매우 높다고 평가합니다. "분자 생물학과 전자 장치 및 새로운 폴리머 기술을 결합한 새로운 유형의 지속 가능한 컴퓨터 기술로 도약한다면 우리는 장기적으로 문명으로 지속될 것입니다." 인류에게 중요한 것은 지구의 경계와 환경이 조화를 이루는 순환경제로 나아가는 것이라고 그는 말했다. “30~XNUMX년 안에 이를 달성해야 합니다. 칩 기술이 이에 대한 중요한 예이지만, 전자 폐기물과 환경 오염 없이 칩을 생산하는 지속 가능한 기술은 아직 성숙되지 않았습니다. 우리의 나노셀룰로오스 칩 개념은 이에 귀중한 기여를 합니다. 새 논문에서 우리는 우리의 개념을 비판적으로 검토하고 현재의 연구 혁신을 통해 이를 더욱 발전시켰습니다.”

DNA 저장 매체의 추가 개선

Dandekar 팀은 현재 자신이 개발한 디자이너 효소와 반도체 나노셀룰로오스로 만든 DNA 칩을 더욱 효과적으로 결합하는 작업을 진행하고 있습니다. 효소도 더욱 개선되어야 합니다. "이런 방식으로 우리는 DNA 저장 매체를 더 잘 제어하고 더 많은 것을 저장할 수 있을 뿐만 아니라 비용을 절감하여 단계적으로 일상 생활에서 저장 매체로 실용화할 수 있기를 원합니다."

해당 주제에 관한 세 가지 추가 출판물

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. 섀시, 빛 지향 DNA 저장, 엔지니어링된 전자 속성을 갖춘 스마트 장치인 나노셀룰로오스 복합재 , 칩 통합. 프론트바이오엔바이오텍. 2022년 8월 10일;869111:10.3389. doi: 2022.869111/fbioe.XNUMX Salihoglu R, Srivastava M, Liang C, Schilling K, Szalay A, Bencurova E, Dandekar T. PRO-Simat: 단백질 네트워크 시뮬레이션 및 설계 도구. 컴퓨터 구조 Biotechnol J. 2023년 26월 21일;2767:2779-10.1016. doi: 2023.04.023/j.csbj.XNUMX Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. DNA 저장 - 자연 생물학에서 합성 생물학까지. 컴퓨터 구조 Biotechnol J. 2023년 2월 21일;1227:1235-10.1016. 도이: 2023.01.045/j.csbj.XNUMX

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