As Modern Dünya üretmeks Araştırmacılar giderek daha fazla veri depolamanın yeni yollarını bulmak için çabalıyorlar herşey. DNA Son derece kompakt ve istikrarlı bir depolama ortamı olarak umut vaat ediyor ve artık yeni bir yaklaşım, dijital verileri doğrudan canlı hücrelerin genomlarına yazmamıza olanak tanıyabilir.
Doğanın yerleşik hafıza teknolojisini yeniden kullanma çabaları yeni değil, ancak son on yılda bu yaklaşım yeniden ilgi kazandı ve bazı büyük ilerlemeler görüldü. Bu, hiçbir yavaşlama belirtisi göstermeyen veri patlamasından kaynaklanıyor. By 2025, dünya çapında her gün 463 eksabaytın oluşturulacağı tahmin ediliyor.
Tüm bu verileri depolamak, geleneksel silikon teknolojisi kullanılarak hızlı bir şekilde kullanışsız hale gelebilir, ancak DNA, cevabı barındırabilir. Başlangıç olarak, bilgi yoğunluğu geleneksel sabit disklerden milyonlarca kat daha iyidir ve tek bir gram DNA, 215 milyon gigabayta kadar depolama.
Ayrıca uygun şekilde saklandığı takdirde son derece stabildir. I2017 yılında araştırmacılar soyu tükenmiş bir at türünün tam genomunu 700,000 yıl önce. Verileri doğayla aynı dili kullanarak saklamayı ve işlemeyi öğrenmek, biyoteknolojide bir dizi yeni yeteneğin kapısını da açabilir.
Asıl zorluk, bilgisayarların ve verilerin dijital dünyası ile genetiğin biyokimyasal dünyası arasında arayüz oluşturmanın bir yolunu bulmakta yatmaktadır. Şu anda bu, DNA'nın laboratuvarda sentezlenmesine dayanıyor ve maliyetler hızla düşerken, bu hâlâ bir çözüm. karmaşık ve pahalı bir iş. Sentezlendikten sonra dizilerin tekrar erişilmeye hazır olana kadar in vitro olarak dikkatlice saklanması gerekir; canlı hücrelere bölünmüş CRISPR gen düzenleme teknolojisini kullanıyor.
Ancak şimdi, Columbia Üniversitesi'nden araştırmacılar, dijital elektronik sinyalleri doğrudan genomda depolanan genetik verilere dönüştürebilen yeni bir yaklaşım ortaya koydular.s yaşayan hücrelerden oluşur. Araştırmayı yöneten Harris Wang, bunun hem veri depolama hem de ötesinde bir dizi uygulamaya yol açabileceğini söylüyor. yayınlanan Doğa Kimyasal Biyolojisi.
adresine gönderdiği bir e-postada "Gerçek zamanlı olarak bilgi işlem yapabilen ve fiziksel olarak yeniden yapılandırılabilen hücresel sabit disklere sahip olduğunuzu hayal edin" diye yazdı. Tekillik Merkezi. "İlk adımın, in vitro DNA sentezi yapmak zorunda kalmadan ikili verileri doğrudan hücrelere kodlayabilmek olduğunu düşünüyoruz.
"Bu belki de tüm DNA depolama yaklaşımlarının en zor kısmıdır. Hücrelerin doğrudan bir bilgisayarla konuşmasını ve onun DNA tabanlı hafıza sistemiyle silikon bazlı hafıza sistemi arasında arayüz oluşturmasını sağlayabilirseniz, gelecekte pek çok olasılık ortaya çıkacak."
Çalışma, Wang'ın daha önce tasarladığı CRISPR tabanlı hücresel kayıt cihazına dayanıyor. E. coli Hücre içindeki belirli DNA dizilerinin varlığını tespit eden ve bu sinyali organizmanın genomuna kaydeden bakteri.
Sistem, belirli biyolojik sinyallere yanıt olarak yüksek seviyelerde "tetikleyici dizi" üreten DNA bazlı bir "algılama modülü" içerir. Bu diziler, sinyali belgelemek için kayıt cihazının "DNA şerit şeridine" dahil edilir.
Bu yeni çalışmada Wang ve meslektaşları, algılama modülünü, başka bir ekip tarafından geliştirilen ve elektrik sinyallerine tepki veren bir biyosensörle çalışacak şekilde uyarladılar. Daha sonra büyük bakteri popülasyonları, ekibin onları elektrik sinyallerine maruz bırakmasını sağlayan bir dizi odadan oluşan bir cihaza yerleştirildi.
Bir voltaj uyguladıklarında, tetikleme dizisinin seviyeleri yükseltildi ve DNA şerit bandına kaydedildi. Yüksek oranda tetikleyici sekansa sahip uzatmalar, ikili bir "1"i temsil etmek ve bunların yokluğu "0"ı temsil etmek için kullanıldı ve araştırmacıların dijital bilgiyi doğrudan bakteri genomuna kodlamasına olanak tanıdı.
Tek bir hücrenin tutabileceği veri miktarı oldukça küçüktür; yalnızca üç bit. Böylece araştırmacılar, 24 ayrı bakteri popülasyonunu farklı 3 bitlik veri yığınlarıyla aynı anda toplam 72 bit olacak şekilde kodlamanın bir yolunu tasarladılar. Bunu "Merhaba Dünya!" mesajını kodlamak için kullandılar. ve birleştirilmiş popülasyonu sıralayarak ve özel olarak tasarlanmış bir sınıflandırıcı kullanarak mesajı yüzde 98 doğrulukla alabileceklerini gösterdi.
Açıkçası 72 bit, modern sabit sürücülerin depolama kapasitesinden ve hatta artık hücresiz DNA depolama tekniklerinden çok uzakta. gigabayt cinsinden anlaşma. Ancak Wang, bunun sadece konseptin bir kanıtı olduğunu ve kayıt cihazına güç veren CRISPR makinesinin verimliliğini, güvenilir bir şekilde okunabilen şerit bandının uzunluğunu ve hatta verileri kodlamak için kullanılan elektronikleri artırmak için birçok alan bulunduğunu söylüyor. veri.
"Tüm bunlar önümüzdeki birkaç yıl içinde gelişecek ve kısa vadede bile sistemin kapasitesini birkaç kat büyük ölçüde artırmanın kesinlikle mümkün olduğunu düşünüyorum" dedi..
Ve verileri in vitro yerine hücrelerde saklamanın çok sayıda önemli faydası olduğunu ekledi. Başlangıç olarak, veriyi büyütmek veya kopyalamak çok daha ucuz çünkü karmaşık yapay DNA sentezini gerçekleştirmek zorunda kalmak yerine basitçe daha fazla hücre büyütebilirsiniz. Makalede ekip, kaydedilen bilgilerin 60 ila 80 hücre nesli boyunca sabit kaldığını gösterdi.
Hücreler ayrıca DNA'yı çevresel rahatsızlıklardan korumak için zaten doğal bir kapasiteye sahiptir. Bunu şunu ekleyerek gösterdiler: E. coli hücreleri sterilize edilmemiş saksı toprağına aktarıyor ve daha sonra birleşik toprak mikrobiyal topluluğunu sıralayarak 52 bitlik bir mesajı güvenilir bir şekilde alıyor.
Ancak belki de en heyecan verici olanı, bu veri kaydetme yeteneğini yeni ortaya çıkan araştırmalarla birleştirme olasılığıdır. on biyobilgisayarlar. Araştırmacılar zaten hücrelerin DNA'sını gerçekleştirmelerine olanak sağlayacak şekilde tasarlamaya başladılar. mantık ve hafıza işlemleriancak silikon ve genomlar arasında doğrudan bir arayüz oluşturmak, hücreleri kendi cihazlarımız için yeniden programlama yeteneğimizi önemli ölçüde hızlandırabilir.
Resim Kredi: Ricarda Mölck itibaren Pixabay
