Forscher des Cavendish Laboratory der University of Cambridge kündigten die Entwicklung einer Methode an, mit der verschlüsselte Daten in DNA-Molekülen gespeichert und neu geschrieben werden können. Wissenschaftler sprachen darüber in der Zeitschrift Nano Letters.
Forscher des Cavendish Laboratory der University of Cambridge kündigten die Entwicklung einer Methode an, mit der verschlüsselte Daten in DNA-Molekülen gespeichert und neu geschrieben werden können. Wissenschaftler sprachen darüber in der Zeitschrift Nano Letters.
Die Idee, Informationen mithilfe von genetischem Code zu speichern, besteht darin, lange DNA-Moleküle mit einzelnen Sequenzen von Grundblöcken zu synthetisieren. Die auf diese Weise erreichte Datenaufzeichnungsdichte ist um Größenordnungen höher als bei bestehenden Magnet- oder Festkörpertechnologien, und die Speicherzeit erreicht Tausende, nicht Dutzende von Jahren. Die Haltbarkeit und Dichte der Datenaufzeichnung in DNA wäre besonders nützlich für die Archivierung, wenn nicht für einige signifikante Einschränkungen.
"Eine der größten Herausforderungen ist die Herstellung von DNA", sagt Ulrich Keiser, Professor für angewandte Physik an der Universität Cambridge. - Die De-novo-Synthese von DNA-Molekülen mit bestimmten Sequenzen von Grundeinheiten ist ziemlich lang, sehr mühsam und erfordert die Verwendung von Enzymen. Aber mit unserem Ansatz ist es einfacher geworden - es ist, als würde man ein Modell aus LEGO Steinen bauen. Sie mischen einfach die Zutaten, erhitzen und kühlen sie."
Das Lesen von in DNA-Sequenzen gespeicherten Daten ist ebenfalls langsam und teuer. Die Sequenzierungstechnologie hat einen langen Weg zurückgelegt, hängt jedoch immer noch stark davon ab, Milliarden von Kopien eines Moleküls anzufertigen, um Signale von Proteininteraktionen zu verstärken. Eine alternative Sequenzierungsmethode leitet ein DNA-Molekül durch eine Nanopore und liest die Sequenz in Echtzeit basierend auf Änderungen des Ionenstroms, wenn verschiedene Basenpaare durch sie laufen. Obwohl es billiger und effizienter ist, ist das Lesen von Bits aus einer DNA-Sequenz auf diese Weise für Speichertechnologien immer noch zu zeitaufwändig.
Die Autoren der neuen Arbeit haben einen Ansatz entwickelt, mit dem Sie Informationen mithilfe von Nanoporen einfach und genau lesen und durch einfaches Mischen von Substanzen aufschreiben können. Der Schlüssel zu dem neuen Ansatz besteht darin, das "Annealing" der klebrigen Enden einzelsträngiger DNA zu kontrollieren. Die Nukleotidsequenz im DNA-Rückgrat ist bei allen verwendeten Molekülen gleich, aber der komplementäre Strang, der biotinyliert ist, kann andere Basen enthalten. Wenn der komplementäre Strang biotinyliert ist, bindet er an Streptavidinmoleküle, wodurch Änderungen des Ionenstroms beim Durchgang von DNA durch die Nanopore leicht erkannt werden können. Dementsprechend wird das Vorhandensein dieser Substanz auf einem bestimmten Teil der DNA im Leseprogramm als "1" und ihr Fehlen als "0" aufgezeichnet.
Die neue Technologie zum Schreiben und Lesen von Informationen verwendet eine zusätzliche einzelsträngige DNA, die nach der Funktionalisierung herausragt und das Löschen und Umschreiben von Informationen erleichtert. Die Daten bleiben durch die hervorstehenden biotinylierten Filamente verschlüsselt. Dies ist möglich, weil nur einer, der die Sequenz der klebrigen Enden einzelsträngiger DNA kennt, weiß, welche Sequenz der mit Streptovidin verknüpfte komplementäre Strang haben muss, um die durch Nanoporen-Sequenzierung erhaltene Sequenz von Nullen und Einsen zu erhalten. Jetzt planen die Forscher, die Technologie zu erweitern und mit anderen Substanzen als Streptovidin zu experimentieren, um die Effizienz der Prozesse zum Aufzeichnen und Löschen von Informationen zu verbessern.
Verfasser: Nikita Shevtsev
Werbevideo:
