Які виклики потрібно подолати, щоб зробити чіпи ДНК більш придатними як носії інформації

Які виклики потрібно подолати, щоб зробити чіпи ДНК більш придатними як носії інформації

Мітка часу: 24 серпня 2023 р., 4:29
Вихідний вузол: 2845390
24 серпня 2023 (Новини Nanowerk) Спадкова молекула ДНК може зберігати велику кількість інформації протягом тривалого періоду часу в дуже малому просторі. Тому протягом добрих десяти років вчені переслідували мету розробки ДНК-чіпів для комп’ютерних технологій, наприклад, для довгострокового архівування даних. Такі чіпи перевершували б звичайні чіпи на основі кремнію з точки зору щільності зберігання, довговічності та стійкості. Чотири повторювані основні будівельні блоки знаходяться в ланцюзі ДНК. Певну послідовність цих блоків можна використовувати для кодування інформації, як це робить природа. Щоб створити ДНК-чіп, потрібно синтезувати та стабілізувати відповідну закодовану ДНК. Якщо це добре працює, інформація зберігається дуже довго – дослідники припускають кілька тисяч років. Інформацію можна отримати шляхом автоматичного зчитування та декодування послідовності чотирьох основних будівельних блоків. Інформація може зберігатися у вигляді ДНК на чіпах з напівпровідникової наноцелюлози Інформація може зберігатися у вигляді ДНК на чіпах з напівпровідникової наноцелюлози. Контрольовані світлом білки зчитують інформацію. (Зображення: Університет Вюрцбурга)

Які виклики доведеться подолати

«Той факт, що цифрове зберігання даних ДНК з великою ємністю та тривалим терміном служби можливо, було продемонстровано кілька разів за останні роки», — каже професор Томас Дандекар, завідувач кафедри біоінформатики Університету Юліуса Максиміліана (JMU) Вюрцбурга. «Але вартість зберігання висока, близько 400,000 XNUMX доларів США за мегабайт, а інформацію, що зберігається в ДНК, можна отримати лише повільно. Це займає від годин до днів, залежно від обсягу даних». Ці виклики необхідно подолати, щоб зробити Зберігання даних ДНК більш застосовним і товарним. Відповідними інструментами для цього є ферменти, контрольовані світлом, і програмне забезпечення для проектування білкової мережі. Томас Дандекар і члени його головної команди Аман Акаш і Олена Бенкурова обговорюють це в нещодавньому огляді в журналі Тенденції в біотехнології («Як зробити зберігання даних ДНК більш придатним»). Команда Дандекара переконана, що у ДНК є майбутнє як сховища даних. У журналі дослідники JMU показують, як поєднання молекулярної біології, нанотехнології, нові полімери, електроніка та автоматизація в поєднанні з систематичним розвитком можуть зробити зберігання даних ДНК корисним для щоденного використання через кілька років.

ДНК-чіпи з наноцелюлози

У JMU Biocentre команда Дандекара розробляє ДНК-чіпи з напівпровідників, отриманих бактеріями. наноцелюлоза. «За допомогою нашого підтвердження концепції ми можемо показати, як сучасна електроніка та комп’ютерні технології можуть бути частково замінені молекулярно-біологічними компонентами», — каже професор. Таким чином можна досягти стійкості, повної можливості переробки та високої надійності навіть проти електромагнітних імпульсів або збоїв живлення, а також високої щільності зберігання до одного мільярда гігабайт на грам ДНК. Томас Дандекар оцінює розробку ДНК-чіпів як дуже актуальну: «Ми проіснуємо як цивілізація лише в довгостроковій перспективі, якщо зробимо стрибок до цього нового типу стійкої комп’ютерної технології, яка поєднує молекулярну біологію з електронікою та новою полімерною технологією». За його словами, для людства важливо перейти до циркулярної економіки в гармонії з межами планети та навколишнім середовищем. «Ми повинні досягти цього за 20-30 років. Технологія мікросхем є важливим прикладом цього, але стійкі технології для виробництва мікросхем без електронних відходів і забруднення навколишнього середовища ще не розроблені. Наша концепція наноцелюлозних чіпів робить цінний внесок у це. У новій статті ми критично розглянули нашу концепцію та вдосконалили її за допомогою сучасних інновацій, отриманих у результаті досліджень».

Подальше вдосконалення носіїв для зберігання ДНК

Зараз команда Дандекара працює над тим, щоб ще краще поєднати ДНК-чіпи, виготовлені з напівпровідникової наноцелюлози, із розробленими ними дизайнерськими ферментами. Ферменти також потребують подальшого вдосконалення. «Таким чином ми хочемо досягти кращого й кращого контролю над носієм даних ДНК і мати можливість зберігати на ньому ще більше, а також заощаджувати кошти і, таким чином, крок за кроком забезпечити практичне використання як носія даних у повсякденному житті».

Ще три публікації на цю тему

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Nanocellulose Composites as Smart Devices With Chassis, Light-Directed DNA Storage, Engineered Electronic Properties , і інтеграція мікросхем. Фронт Bioeng Biotechnol. 2022 8 серпня; 10:869111. doi: 10.3389/fbioe.2022.869111 Саліхоглу Р., Срівастава М., Лян С., Шиллінг К., Салай А., Бенкурова Е., Дандекар Т. PRO-Simat: інструмент моделювання та проектування білкової мережі. Comput Struct Biotechnol Дж. 2023 26 квітня; 21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. Зберігання ДНК - від природної біології до синтетичної біології. Comput Struct Biotechnol Дж. 2023 лютого 2 р.; 21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

Часова мітка:

Більше від Нановерк