使DNA芯片更适合作为存储介质需要克服哪些挑战

使DNA芯片更适合作为存储介质需要克服哪些挑战

时间戳：24年2023月4日29:XNUMX AM
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24 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerk新闻）遗传分子DNA可以在很小的空间内长期存储大量信息。 因此，十年来，科学家们一直致力于开发用于计算机技术的 DNA 芯片，例如用于数据的长期存档。 此类芯片在存储密度、寿命和可持续性方面优于传统的硅基芯片。 在 DNA 链中发现了四个重复出现的基本构件。 这些块的特定序列可用于编码信息，就像大自然一样。 为了构建 DNA 芯片，必须合成并稳定相应编码的 DNA。 如果效果良好，信息可以保存很长时间——研究人员假设可以保存几千年。 可以通过自动读出和解码四个基本构建块的序列来检索信息。 信息可以以 DNA 的形式存储在半导体纳米纤维素制成的芯片上 信息可以以 DNA 的形式存储在半导体纳米纤维素制成的芯片上。 光控蛋白质读取信息。 （图片来源：维尔茨堡大学）

必须克服哪些挑战

“近年来，高容量和长寿命的数字 DNA 数据存储的可行性已被多次证明，”维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学 (JMU) 生物信息学系主任 Thomas Dandekar 教授说道。 “但存储成本很高，每兆字节接近400,000万美元，而且存储在DNA中的信息只能缓慢检索。这需要几个小时到几天的时间，具体取决于数据量。”必须克服这些挑战才能使 DNA数据存储 更适用、更有市场。 合适的工具是光控酶和蛋白质网络设计软件。 Thomas Dandekar 及其主席团队成员 Aman Akash 和 Elena Bencurova 在期刊最近的一篇评论中讨论了这一问题 生物技术趋势 (《如何让DNA数据存储更适用》）。 Dandekar 的团队坚信 DNA 作为数据存储的未来。在该杂志中，JMU 研究人员展示了如何结合分子生物学、 纳米技术新型聚合物、电子学和自动化，再加上系统开发，可以在几年内使 DNA 数据存储在日常使用中变得有用。

由纳米纤维素制成的 DNA 芯片

在 JMU 生物中心，Dandekar 的团队正在开发由细菌产生的半导体制成的 DNA 芯片 纳米纤维素。 “通过我们的概念验证，我们可以展示当前的电子和计算机技术如何被分子生物成分部分取代，”教授说。通过这种方式，不仅可以实现可持续性、完全可回收性以及即使面对电磁脉冲或电源故障的高稳健性，而且还可以实现每克 DNA 高达 20 亿 GB 的高存储密度。托马斯·丹德卡 (Thomas Dandekar) 认为 DNA 芯片的发展具有高度相关性：“只有飞跃到这种将分子生物学与电子学和新聚合物技术相结合的新型可持续计算机技术，我们的文明才能长期持续下去。”他说，对人类来说重要的是转向与地球边界和环境和谐相处的循环经济。 “我们需要在 30 到 XNUMX 年内实现这一目标。芯片技术就是一个重要的例子，但在没有电子垃圾和环境污染的情况下生产芯片的可持续技术尚未成熟。我们的纳米纤维素芯片概念为此做出了宝贵的贡献。在这篇新论文中，我们批判性地审视了我们的概念，并通过当前的研究创新进一步推进了它。”

进一步改进 DNA 存储介质

Dandekar 的团队目前正致力于将半导体纳米纤维素制成的 DNA 芯片与他们开发的设计酶更好地结合起来。酶也需要进一步改进。 “通过这种方式，我们希望能够对DNA存储介质进行越来越好的控制，并能够在其上存储更多内容，同时还能节省成本，从而逐步实现作为存储介质在日常生活中的实用化。”

关于该主题的另外三篇出版物

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. 纳米纤维素复合材料作为具有底盘、光导向 DNA 存储、工程电子特性的智能设备，和芯片集成。 Front Bioeng Biotechnol。 2022 年 8 月 10 日；869111:10.3389。 doi：2022.869111/fbioe.XNUMX Salihoglu R，Srivastava M，Liang C，Schilling K，Szalay A，Bencurova E，Dandekar T.PRO-Simat：蛋白质网络模拟和设计工具。 计算结构生物技术杂志。 2023 年 26 月 21 日；2767:2779-10.1016。 doi：2023.04.023/j.csbj.XNUMX Bencurova E、Akash A、Dobson RCJ、Dandekar T。DNA 存储 - 从自然生物学到合成生物学。 计算结构生物技术杂志。 2023 年 2 月 21 日；1227:1235-10.1016。 DOI：2023.01.045/j.csbj.XNUMX

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