Hvilke utfordringer må overvinnes for å gjøre DNA-brikker mer anvendelige som lagringsmedier

Hvilke utfordringer må overvinnes for å gjøre DNA-brikker mer anvendelige som lagringsmedier

Tidsstempel: 24. august 2023 kl.4: 29
Kilde node: 2845390
24. august 2023 (Nanowerk Nyheter) Det arvelige molekylet DNA kan lagre mye informasjon over lange perioder på et veldig lite rom. I godt ti år har forskere derfor drevet målet om å utvikle DNA-brikker for datateknologi, for eksempel for langsiktig arkivering av data. Slike brikker vil være overlegne konvensjonelle silisiumbaserte brikker når det gjelder lagringstetthet, lang levetid og bærekraft. Fire tilbakevendende grunnleggende byggesteiner finnes i en DNA-streng. En bestemt sekvens av disse blokkene kan brukes til å kode informasjon, akkurat som naturen gjør. For å bygge en DNA-brikke må det tilsvarende kodede DNA syntetiseres og stabiliseres. Hvis dette fungerer bra, blir informasjonen bevart i svært lang tid – forskere antar flere tusen år. Informasjonen kan hentes frem ved automatisk å lese opp og dekode rekkefølgen til de fire grunnleggende byggesteinene. Informasjon kan lagres i form av DNA på brikker laget av halvledende nanocellulose Informasjon kan lagres i form av DNA på brikker laget av halvledende nanocellulose. Lyskontrollerte proteiner leser informasjonen. (Bilde: University of Würzburg)

Hvilke utfordringer må overvinnes

"Det faktum at digital DNA-datalagring med høy kapasitet og lang levetid er gjennomførbar har blitt demonstrert flere ganger de siste årene," sier professor Thomas Dandekar, leder for leder for bioinformatikk ved Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. "Men lagringskostnadene er høye, nærmere 400,000 XNUMX amerikanske dollar per megabyte, og informasjonen som er lagret i DNA kan bare hentes sakte. Det tar timer til dager, avhengig av mengden data." Disse utfordringene må overvinnes for å klare DNA-datalagring mer anvendelig og salgbar. Egnede verktøy for dette er lyskontrollerte enzymer og programvare for design av proteinnettverk. Thomas Dandekar og hans lederteammedlemmer Aman Akash og Elena Bencurova diskuterer dette i en nylig anmeldelse i tidsskriftet Trender innen bioteknologi ("Hvordan gjøre DNA-datalagring mer anvendelig"). Dandekars team er overbevist om at DNA har en fremtid som datalager. I tidsskriftet viser JMU-forskerne hvordan en kombinasjon av molekylærbiologi, nanoteknologi, nye polymerer, elektronikk og automatisering, kombinert med systematisk utvikling, kan gjøre DNA-datalagring nyttig for daglig bruk mulig om noen år.

DNA-brikker laget av nanocellulose

Ved JMU Biocentre utvikler Dandekars team DNA-brikker laget av halvledende, bakterielt produserte nanocellulose. "Med vårt proof of concept kan vi vise hvordan dagens elektronikk og datateknologi delvis kan erstattes av molekylærbiologiske komponenter," sier professoren. På denne måten kunne man oppnå bærekraft, full resirkulerbarhet og høy robusthet selv mot elektromagnetiske pulser eller strømbrudd, men også en høy lagringstetthet på opptil én milliard gigabyte per gram DNA. Thomas Dandekar vurderer utviklingen av DNA-brikker som svært relevant: "Vi vil bare vare som en sivilisasjon på lengre sikt hvis vi tar spranget inn i denne nye typen bærekraftig datateknologi som kombinerer molekylærbiologi med elektronikk og ny polymerteknologi." Det som er viktig for menneskeheten, sa han, er å gå over til en sirkulær økonomi i harmoni med planetariske grenser og miljøet. "Vi må oppnå dette om 20 til 30 år. Chipteknologi er et viktig eksempel på dette, men de bærekraftige teknologiene for å produsere flis uten e-avfall og miljøforurensning er ennå ikke modne. Vårt nanocellulosebrikkekonsept gir et verdifullt bidrag til dette. I den nye artikkelen undersøkte vi konseptet vårt kritisk og avanserte det videre med aktuelle innovasjoner fra forskning.»

Ytterligere forbedring av DNA-lagringsmedier

Dandekars team jobber for tiden med å kombinere DNA-brikkene laget av halvledende nanocellulose enda bedre med designerenzymene de har utviklet. Enzymene må også forbedres ytterligere. "På denne måten ønsker vi å oppnå bedre og bedre kontroll over DNA-lagringsmediet og kunne lagre enda mer på det, men også spare kostnader og dermed muliggjøre steg for steg praktisk bruk som lagringsmedium i hverdagen."

Ytterligere tre publikasjoner om emnet

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Nanocellulose-kompositter som smarte enheter med chassis, lysrettet DNA-lagring, konstruerte elektroniske egenskaper , og Chip Integration. Front Bioeng Biotechnol. 2022. august 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: Proteinnettverkssimulering og designverktøy. Comput Struct Biotechnol J. 2023 26. april;21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. DNA-lagring - fra naturlig biologi til syntetisk biologi. Comput Struct Biotechnol J. 2023. februar 2; 21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk