7.2 C
Brussel
Donderdag, Maart 28, 2024
NuusHoëkapasiteit DNA-databerging: kan al jou digitale foto's gestoor word ...

Hoëkapasiteit DNA-databerging: kan al jou digitale foto's as DNA gestoor word?

VRYWARING: Inligting en menings wat in die artikels weergegee word, is dié van diegene wat dit vermeld en dit is hul eie verantwoordelikheid. Publikasie in The European Times beteken nie outomaties onderskrywing van die siening nie, maar die reg om dit uit te druk.

VRYWARINGVERTALINGS: Alle artikels op hierdie webwerf word in Engels gepubliseer. Die vertaalde weergawes word gedoen deur 'n outomatiese proses bekend as neurale vertalings. As jy twyfel, verwys altyd na die oorspronklike artikel. Dankie vir die begrip.

DNA-databerging

MIT biologiese ingenieurs het 'n manier gedemonstreer om datalêers wat as DNA gestoor is, maklik te herwin. Dit kan 'n stap wees om DNS-argiewe te gebruik om enorme hoeveelhede foto's, beelde en ander digitale inhoud te stoor. Krediet: Beeld: MIT News. Klein ikone met vergunning van die navorsers

'n Tegniek vir die etikettering en herwinning van DNS-datalêers uit 'n groot poel kan help om DNS-databerging haalbaar te maak.

Op die oomblik is daar ongeveer 10 triljoen gigagrepe van digitale data, en elke dag produseer mense e-posse, foto's, twiets en ander digitale lêers wat tot nog 2.5 miljoen gigagrepe data optel. Baie van hierdie data word gestoor in enorme fasiliteite bekend as exabyte-datasentrums ('n exabyte is 1 miljard gigagrepe), wat die grootte van verskeie sokkervelde kan wees en sowat $1 miljard kos om te bou en in stand te hou.

Baie wetenskaplikes glo dat 'n alternatiewe oplossing lê in die molekule wat ons genetiese inligting bevat: DNS, wat ontwikkel het om massiewe hoeveelhede inligting teen 'n baie hoë digtheid te stoor. ’n Koffiebeker vol DNA kan teoreties al die wêreld se data stoor, sê Mark Bathe, ’n MIT-professor in biologiese ingenieurswese.

"Ons benodig nuwe oplossings vir die berging van hierdie massiewe hoeveelhede data wat die wêreld versamel, veral die argiefdata," sê Bathe, wat ook 'n mede-lid van die Broad Institute of MIT en Harvard is. “DNS is duisendvoudig digter as selfs flitsgeheue, en nog 'n eienskap wat interessant is, is dat sodra jy die DNA-polimeer gemaak het, dit geen energie verbruik nie. Jy kan die DNS skryf en dit dan vir ewig stoor.”

DNA-lêers foto

'n Foto van die DNA-lêers. Elke silika-sfeer bevat DNS-volgordes wat 'n spesifieke beeld kodeer, en die buitekant van die sfeer is bedek met nukleotiedstrepieskodes wat die beeldinhoud beskryf. Krediet: Met vergunning van die navorsers

Wetenskaplikes het reeds getoon dat hulle beelde en bladsye teks as DNS kan enkodeer. 'n Maklike manier om die verlangde lêer uit 'n mengsel van baie stukke DNA te kies, sal egter ook nodig wees. Bathe en sy kollegas het nou een manier gedemonstreer om dit te doen, deur elke datalêer in 'n 6-mikrometer-deeltjie silika in te kap, wat gemerk is met kort DNS-volgordes wat die inhoud openbaar.

Deur hierdie benadering te gebruik, het die navorsers getoon dat hulle individuele beelde wat as DNS-volgordes gestoor is, akkuraat uit 'n stel van 20 beelde kon uittrek. Gegewe die aantal moontlike etikette wat gebruik kan word, kan hierdie benadering tot 10 skaal20 lêers.

Bathe is die senior skrywer van die studie, wat vandag in Nature Materials. Die hoofskrywers van die referaat is MIT senior postdoktors James Banal, voormalige MIT navorsingsgenoot Tyson Shepherd, en MIT gegradueerde student Joseph Berleant.

Stabiele berging

Digitale bergingstelsels kodeer teks, foto's of enige ander soort inligting as 'n reeks 0'e en 1'e. Hierdie selfde inligting kan in DNS gekodeer word deur die vier nukleotiede te gebruik waaruit die genetiese kode bestaan: A, T, G en C. Byvoorbeeld, G en C kan gebruik word om 0 voor te stel terwyl A en T 1 verteenwoordig.

DNS het verskeie ander kenmerke wat dit wenslik maak as 'n bergingsmedium: Dit is uiters stabiel, en dit is redelik maklik (maar duur) om te sintetiseer en te volgorde. Ook, as gevolg van sy hoë digtheid - elke nukleotied, gelykstaande aan tot twee bisse, is ongeveer 1 kubieke nanometer - kan 'n exabyte van data gestoor as DNA in die palm van jou hand pas.

Beelde gestoor in DNA

Die navorsers het beelde soos hierdie, afgebeeld, in DNS gestoor. Krediet: Met vergunning van die navorsers

Een struikelblok vir hierdie soort databerging is die koste om sulke groot hoeveelhede DNA te sintetiseer. Tans sal dit $1 triljoen kos om een ​​petagreep data (1 miljoen gigagrepe) te skryf. Om mededingend te word met magnetiese band, wat dikwels gebruik word om argiefdata te stoor, skat Bathe dat die koste van DNA-sintese met sowat ses ordes van grootte sal moet daal. Bathe sê hy verwag dat dit binne 'n dekade of twee sal gebeur, soortgelyk aan hoe die koste van die stoor van inligting op flash drives dramaties gedaal het oor die afgelope paar dekades.

Afgesien van die koste, is die ander groot knelpunt in die gebruik van DNA om data te stoor die moeilikheid om die lêer wat jy wil hê uit al die ander te kies.

“As ons aanvaar dat die tegnologieë om DNS te skryf tot 'n punt kom waar dit koste-effektief is om 'n eksagreep of zettagreep data in DNS te skryf, wat dan? Jy gaan 'n stapel DNS hê, wat 'n gazillion lêers, beelde of flieks en ander goed is, en jy moet die een prent of fliek vind waarna jy soek,” sê Bathe. "Dit is soos om 'n naald in 'n hooimied te probeer vind."

Tans word DNS-lêers konvensioneel herwin met behulp van PCR (polimerase kettingreaksie). Elke DNS-datalêer bevat 'n volgorde wat aan 'n spesifieke PCR-primer bind. Om 'n spesifieke lêer uit te trek, word daardie primer by die monster gevoeg om die verlangde volgorde te vind en te versterk. Een nadeel van hierdie benadering is egter dat daar oorspraak tussen die primer en nie-teiken DNA-volgorde kan wees, wat lei tot ongewenste lêers om uitgetrek te word. Die PKR-herwinningsproses vereis ook ensieme en verbruik uiteindelik die meeste van die DNA wat in die swembad was.

"Jy brand soort van die hooiberg om die naald te vind, want al die ander DNA word nie versterk nie en jy gooi dit basies weg," sê Bathe.

Lêerherwinning

As 'n alternatiewe benadering het die MIT-span 'n nuwe herwinningstegniek ontwikkel wat behels dat elke DNA-lêer in 'n klein silika-deeltjie ingekapsuleer word. Elke kapsule is gemerk met enkelstrengige DNA-“strepieskodes” wat ooreenstem met die inhoud van die lêer. Om hierdie benadering op 'n koste-effektiewe wyse te demonstreer, het die navorsers 20 verskillende beelde gekodeer in stukke DNA van ongeveer 3,000 100 nukleotiede lank, wat gelykstaande is aan ongeveer XNUMX grepe. (Hulle het ook gewys dat die kapsules DNA-lêers tot 'n gigagreep groot kan pas.)

Elke lêer is gemerk met strepieskodes wat ooreenstem met etikette soos "kat" of "vliegtuig." Wanneer die navorsers 'n spesifieke beeld wil uittrek, verwyder hulle 'n monster van die DNS en voeg primers by wat ooreenstem met die etikette waarna hulle soek - byvoorbeeld "kat", "oranje" en "wild" vir 'n beeld van 'n tier, of "kat", "lemoen" en "mak" vir 'n huiskat.

Die primers is gemerk met fluoresserende of magnetiese deeltjies, wat dit maklik maak om uit te trek en enige vuurhoutjies uit die monster te identifiseer. Dit laat toe dat die verlangde lêer verwyder word, terwyl die res van die DNS ongeskonde gelaat word om terug te stoor. Hul herwinningsproses laat Boole-logika-stellings toe soos "president EN 18th eeu” om George Washington as gevolg daarvan te genereer, soortgelyk aan wat met 'n Google-beeld opgespoor word Soek.

“Teen die huidige stand van ons bewys-van-konsep is ons teen die 1 kilogreep per sekonde soekkoers. Ons lêerstelsel se soekkoers word bepaal deur die datagrootte per kapsule, wat tans beperk word deur die onbetaalbare koste om selfs 100 megagrepe se data op DNA te skryf, en die aantal sorteerders wat ons parallel kan gebruik. As DNA-sintese goedkoop genoeg word, sal ons met ons benadering die datagrootte wat ons per lêer kan stoor, maksimeer,” sê Banal.

Vir hul strepieskodes het die navorsers enkelstring-DNS-volgorde gebruik uit ’n biblioteek van 100,000 25 rye, elk sowat 10 nukleotiede lank, ontwikkel deur Stephen Elledge, ’n professor in genetika en medisyne aan die Harvard Mediese Skool. As jy twee van hierdie etikette op elke lêer plaas, kan jy XNUMX uniek byvoeg10 (10 biljoen) verskillende lêers, en met vier etikette op elkeen, kan jy 10 uniek etiketteer20 lêers.

George Church, 'n professor in genetika aan die Harvard Mediese Skool, beskryf die tegniek as "'n reusesprong vir kennisbestuur en soektegnologie."

"Die vinnige vordering met die skryf, kopieer, lees en lae-energie argiefdataberging in DNS-vorm het swak verkende geleenthede gelaat vir presiese herwinning van datalêers van groot (10)21 byte, zetta-skaal) databasisse,” sê Church, wat nie by die studie betrokke was nie. "Die nuwe studie spreek dit skouspelagtig aan deur 'n heeltemal onafhanklike buitenste laag DNS en die gebruik van verskillende eienskappe van DNS (hibridisering eerder as volgordebepaling), en boonop, deur bestaande instrumente en chemie te gebruik."

Bathe stel voor dat hierdie soort DNS-inkapseling nuttig kan wees vir die stoor van "koue" data, dit wil sê data wat in 'n argief gehou word en nie baie gereeld toegang verkry word nie. Sy laboratorium ontwikkel 'n begin, Cache DNA, wat nou tegnologie ontwikkel vir langtermynberging van DNS, beide vir DNS-databerging op die langtermyn, en kliniese en ander bestaande DNS-monsters in die nabye termyn.

“Terwyl dit 'n rukkie kan duur voordat DNA lewensvatbaar is as 'n databergingsmedium, bestaan ​​daar reeds vandag 'n dringende behoefte aan laekoste, massiewe bergingsoplossings vir bestaande DNA- en RNA-monsters van Covid-19-toetsing, menslike genomiese volgordebepaling, en ander areas van genomika,” sê Bathe.

Verwysing: "DNA-geheue met ewekansige toegang deur Boole-soektog in 'n argieflêerbergingstelsel" deur James L. Banal, Tyson R. Shepherd, Joseph Berleant, Hellen Huang, Miguel Reyes, Cheri M. Ackerman, Paul C. Blainey en Mark Bathe, 10 Junie 2021, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-021-01021-3

Die navorsing is befonds deur die Kantoor vir Vlootnavorsing, die Nasionale Wetenskapstigting en die US Army Research Office.

- Advertensie -

Meer van die skrywer

- EKSKLUSIEWE INHOUD -kol_img
- Advertensie -
- Advertensie -
- Advertensie -kol_img
- Advertensie -

Moet lees

Jongste artikels

- Advertensie -