Doorbraak in DNA-gegevensopslag gebruikt natuurlijke celprocessen om digitale gegevens te schrijven

Onderzoekers hebben een slimme nieuwe methode ontwikkeld om digitale gegevens in DNA op te slaan zonder het gedoe van het vanaf nul synthetiseren van aangepaste DNA-sequenties. In een recent artikel op Nature wordt uitgelegd hoe ze een natuurlijk epigenetisch proces genaamd methylering hebben gekaapt om in feite informatie op bestaande DNA-strengen te "printen".

Normaal gesproken worden bij DNA-gegevensopslag digitale gegevens omgezet in reeksen A, C, T en G nucleotidebasen. Vervolgens worden deze reeksen, via een proces dat de novo synthese wordt genoemd, chemisch aangemaakt in het lab om het DNA met de gegevens te vormen. Ondanks de grote vooruitgang op dit gebied, is het nog steeds een langzaam, duur en foutgevoelig proces - niet bepaald ideaal voor het archiveren van gegevens op grote schaal.

Het team van de Peking Universiteit en andere instellingen heeft deze problemen echter omzeild door methylering te gebruiken om natuurlijk voorkomend DNA te herschrijven. Methylering is een epigenetische modificatie die organismen gewoonlijk gebruiken om genen aan of uit te zetten zonder de eigenlijke genetische code te veranderen.

Ze ontwikkelden 700 unieke DNA "verplaatsbare type" fragmenten als bouwstenen voor hun opslagsysteem. Door selectief specifieke beweegbare types op een DNA-master te monteren, codeerden ze digitale gegevens. Een enzym voegt dan op bepaalde plaatsen methylgroepen toe, waardoor het DNA chemisch wordt gemerkt met de gewenste opeenvolging van 1's en 0's.

In hun experimenten slaagden ze erin om afbeeldingen in hoge resolutie van een panda en een oude Chinese tekening op te slaan en op te halen met een nauwkeurigheid tot 97,47 procent. De onderzoekers bereikten een gegevensschrijfsnelheid van bijna 350 bits per DNA synthese reactie, sneller dan de novo synthese. De op methylering gebaseerde methode is theoretisch veel goedkoper, omdat het bestaande DNA-sjablonen hergebruikt in plaats van nieuwe sjablonen nodig te hebben.

Natuurlijk is het nog steeds niet zo snel of kosteneffectief als elektronische opslag. Toch is deze epigenetische draai aan de opslag van DNA-gegevens een grote stap in de richting van het verwerken van de enorme groei van digitale gegevens met behulp van het eigen opslagmedium van de natuur. Met verdere aanpassingen zouden DNA-opslagsystemen die gebruik maken van methylering een praktische manier kunnen worden om de gegevens van de wereld te archiveren in een energiezuinig, duurzaam en betaalbaarder formaat dan het vanaf de grond opbouwen van DNA.

De onderzoekers zeiden: "Nu DNA-gegevensopslag op het punt staat gecommercialiseerd te worden, toont het epi-bit raamwerk potentiële richtingen in parallelle moleculaire informatieopslag met geprefabriceerde modulariteit."