DNA çiplerini depolama ortamı olarak daha uygulanabilir hale getirmek için hangi zorlukların aşılması gerekiyor?

DNA çiplerini depolama ortamı olarak daha uygulanabilir hale getirmek için hangi zorlukların aşılması gerekiyor?

Zaman Damgası: 24 Ağustos 2023 4:29 AM
Kaynak Düğüm: 2845390
24 Ağu 2023 (Nanowerk Haberleri) Kalıtsal molekül DNA, çok küçük bir alanda çok sayıda bilgiyi uzun süreler boyunca saklayabilir. Bu nedenle bilim insanları yaklaşık on yıldır bilgisayar teknolojisi için, örneğin verilerin uzun vadeli arşivlenmesi için DNA çipleri geliştirme hedefinin peşinde koşuyorlar. Bu tür çipler, depolama yoğunluğu, uzun ömür ve sürdürülebilirlik açısından geleneksel silikon bazlı çiplerden daha üstün olacaktır. Bir DNA zincirinde tekrar eden dört temel yapı taşı bulunur. Bu blokların belirli bir dizisi, tıpkı doğanın yaptığı gibi, bilgiyi kodlamak için kullanılabilir. Bir DNA çipi oluşturmak için karşılık gelen kodlanmış DNA'nın sentezlenmesi ve stabilize edilmesi gerekir. Eğer bu iyi çalışırsa, bilgiler çok uzun bir süre boyunca korunur; araştırmacılar bunun birkaç bin yıl olduğunu varsaymaktadır. Bilgiler, dört temel yapı taşının sırasının otomatik olarak okunması ve kodunun çözülmesiyle elde edilebilir. Bilgi, yarı iletken nanoselülozdan yapılmış çipler üzerinde DNA formunda saklanabiliyor Bilgi, yarı iletken nanoselülozdan yapılmış çipler üzerinde DNA formunda saklanabiliyor. Işık kontrollü proteinler bilgiyi okur. (Resim: Würzburg Üniversitesi)

Hangi zorlukların aşılması gerekiyor

Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg Biyoinformatik Kürsüsü başkanı Profesör Thomas Dandekar, "Yüksek kapasiteli ve uzun ömürlü dijital DNA veri depolamanın mümkün olduğu gerçeği son yıllarda birkaç kez kanıtlandı" diyor. "Ancak depolama maliyetleri yüksek, megabayt başına 400,000 ABD dolarına yakın ve DNA'da depolanan bilgiler ancak yavaş bir şekilde geri alınabiliyor. Veri miktarına bağlı olarak saatler, günler sürüyor.” Bunu başarmak için bu zorlukların üstesinden gelinmesi gerekiyor DNA veri saklama daha uygulanabilir ve pazarlanabilir. Bunun için uygun araçlar ışık kontrollü enzimler ve protein ağı tasarım yazılımlarıdır. Thomas Dandekar ve başkan ekibi üyeleri Aman Akash ve Elena Bencurova, dergide yakın zamanda yayınlanan bir incelemede bunu tartışıyorlar Biyoteknolojideki Eğilimler (“DNA veri depolaması nasıl daha uygulanabilir hale getirilir?”). Dandekar'ın ekibi DNA'nın bir veri deposu olarak geleceği olduğuna inanıyor. Dergide, JMU araştırmacıları moleküler biyolojinin bir kombinasyonunun nasıl olduğunu gösteriyor. NanoteknolojiYeni polimerler, elektronik ve otomasyon, sistematik gelişimle birleştiğinde, birkaç yıl içinde DNA veri depolamayı günlük kullanım için kullanışlı hale getirebilir.

Nanoselülozdan yapılmış DNA çipleri

JMU Biocentre'da Dandekar'ın ekibi, bakteriyel olarak üretilen yarı iletkenlerden yapılmış DNA çipleri geliştiriyor nanoselüloz. Profesör, "Kavram kanıtımızla, mevcut elektronik ve bilgisayar teknolojisinin nasıl kısmen moleküler biyolojik bileşenlerle değiştirilebileceğini gösterebiliriz" diyor. Bu şekilde sürdürülebilirlik, tam geri dönüştürülebilirlik ve elektromanyetik darbelere veya elektrik kesintilerine karşı bile yüksek sağlamlığın yanı sıra, DNA gramı başına bir milyar gigabayta kadar yüksek bir depolama yoğunluğu da elde edilebilir. Thomas Dandekar, DNA çiplerinin gelişimini son derece alakalı olarak değerlendiriyor: "Moleküler biyolojiyi elektronik ve yeni polimer teknolojisiyle birleştiren bu yeni tür sürdürülebilir bilgisayar teknolojisine sıçrama yaparsak ancak uzun vadede bir uygarlık olarak var olabiliriz." İnsanlık için önemli olanın, gezegen sınırları ve çevreyle uyumlu döngüsel bir ekonomiye geçmek olduğunu söyledi. Bunu 20-30 yıl içinde başarmamız gerekiyor. Çip teknolojisi bunun önemli bir örneği ancak e-atık ve çevre kirliliği olmadan çip üretmeye yönelik sürdürülebilir teknolojiler henüz olgunlaşmadı. Nanoselüloz çip konseptimiz buna değerli bir katkı sağlıyor. Yeni makalede konseptimizi eleştirel bir şekilde inceledik ve araştırmalardan elde edilen güncel yeniliklerle onu daha da geliştirdik."

DNA depolama ortamının daha da iyileştirilmesi

Dandekar'ın ekibi şu anda yarı iletken nanoselülozdan yapılmış DNA çiplerini, geliştirdikleri tasarımcı enzimlerle daha da iyi bir şekilde birleştirmek için çalışıyor. Enzimlerin daha da geliştirilmesi gerekiyor. "Bu şekilde, DNA depolama ortamını giderek daha iyi kontrol etmek ve üzerinde daha fazla depolama yapabilmek, aynı zamanda maliyetlerden tasarruf etmek ve böylece günlük yaşamda depolama ortamı olarak pratik kullanıma adım adım olanak sağlamak istiyoruz."

Konuyla ilgili üç yayın daha

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Şasili Akıllı Cihazlar Olarak Nanoselüloz Kompozitler, Işığa Yönelik DNA Depolama, Tasarlanmış Elektronik Özellikler ve Çip Entegrasyonu. Ön Bioeng Biyoteknoloji. 2022 Ağustos 8;10:869111. doi: 10.3389/fbioe.2022.869111 Salihoğlu R, Srivastava M, Liang C, Schilling K, Szalay A, Bencurova E, Dandekar T. PRO-Simat: Protein ağ simülasyonu ve tasarım aracı. Comput Struct Biotechnol J. 2023 Nisan 26;21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. DNA depolama-doğal biyolojiden sentetik biyolojiye. Comput Struct Biotechnol J. 2023 Şubat 2;21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

Zaman Damgası:

Den fazla nanowerk