L'archiviazione dei dati del DNA può diventare più facile da leggere e scrivere rispetto a prima, secondo i ricercatori dell'Università di Cambridge Cavendish Laboratory nel Regno Unito. Riferiscono su una tecnica che può anche memorizzare dati crittografati, così come riscrivere i dati.

L'idea originale alla base dell'archiviazione dei dati del DNA è sintetizzare lunghe molecole di DNA con sequenze personalizzate di unità di base che codificano i dati digitali. La densità dei dati ottenuta con questo approccio è di ordini di grandezza superiore rispetto alle tecnologie magnetiche o allo stato solido esistenti, e dura migliaia anziché decine di anni. La longevità e la densità dei dati dell'archiviazione dei dati del DNA sarebbero particolarmente utili per gli archivi di dati se non ci fossero alcune limitazioni significative.

"Uno dei problemi più grandi è creare il DNA, "dice Ulrich Keyser, professore di fisica applicata all'Università di Cambridge nel Regno Unito, spiega che sintetizzare le molecole di DNA de nova con sequenze di unità di base prescritte abbastanza a lungo da memorizzare i dati è difficile e richiede enzimi. "Con il nostro approccio, è proprio come i mattoncini Lego. Lo fai semplicemente mescolando insieme, riscaldarsi e raffreddarsi".

Anche la lettura dei dati memorizzati nella sequenza delle coppie di basi è lenta e costosa. La tecnologia di sequenziamento ha fatto molta strada, ma si basa ancora principalmente sulla replica di miliardi di copie della molecola per amplificare i segnali delle interazioni proteiche, e così via.

Un approccio di sequenziamento alternativo fa passare la molecola di DNA attraverso un nanoporo e legge la sequenza in tempo reale dai cambiamenti nella corrente ionica al passaggio di diverse coppie di basi. Anche se più economico ed efficiente, la lettura di bit dalle coppie di basi nella dorsale del DNA richiede ancora troppo tempo per le tecnologie di memorizzazione dei dati. Però, memorizzando i dati sugli sbalzi bloccati sulla dorsale principale, Keyser e il suo team hanno sviluppato un approccio che la tecnologia dei nanopori può leggere facilmente e con precisione, e la semplice miscelazione può scrivere.

Incorporando "prese di punta" sui dati scritti in sporgenza, mostrano che può essere facilmente rimosso e riscritto. "Sono rimasto sorpreso dal fatto che la riscrittura funzionasse e potesse essere così semplice, perché questo è molto difficile con qualsiasi altra tecnica di dati del DNA, "dice Keyser.

Potenziale di rilevamento

"L'idea con cui siamo partiti era di percepire l'amplificazione, " spiega Kaikai Chen, il primo autore di Nano lettere carta che riporta questi risultati. "Poi ci è venuta l'idea per l'archiviazione dei dati."

La chiave dell'approccio pionieristico è controllare come le sporgenze del DNA a singolo filamento vengono "ricotte". Mentre la sequenza delle coppie di basi nella spina dorsale del DNA è identica da una molecola all'altra, i ricercatori ricoprono le sporgenze specifiche con DNA complementare a singolo filamento che viene biotinilato mentre il resto viene ricotto con semplice DNA a singolo filamento. Laddove il filamento complementare è biotinilato, si legherà alle molecole di streptavidina, che fa un cambiamento facilmente rilevabile nella corrente ionica mentre il DNA passa attraverso un nanoporo, leggendolo come "1". Dove il filamento di DNA sporgente non ha streptavidina, i dati scritti sono "0". Il gruppo ha utilizzato tecniche riconosciute basate su molecole che si localizzano in regioni specifiche della molecola per fornire il filamento complementare corretto all'indirizzo giusto.

La "presa" che consente la riscrittura è solo un piccolo DNA in più a singolo filamento che sporge dopo la funzionalizzazione, facilitando la rimozione e la riscrittura. Lasciare fuori i filamenti biotinilati lascia i dati crittografati perché solo qualcuno che conosce la sequenza delle sporgenze del DNA a filamento singolo saprà quale sequenza deve avere il filamento complementare per fornire i filamenti biotinilati che si legheranno con la streptavidina, e quindi distinguere gli uno dagli zeri.

Futuro

La prossima sfida per la tecnologia sarebbe il ridimensionamento. Dal momento che gestiscono un laboratorio di fisica, Keyser non vede questo come il fulcro dei loro prossimi passi come squadra, anche se sembra semplice in linea di principio con l'uso di robot di pipettaggio o microfluidica. "Ci sono già aziende che offrono i prodotti di microfluidica che potrebbero essere utilizzati, "aggiunge Chen.

I ricercatori stanno ora esaminando quali altri gruppi funzionali possono utilizzare oltre alla streptavidina. "In linea di principio, il nostro metodo può adattarsi a diverse funzionalizzazione, " dice Chen. Hanno usato la streptavidina per la loro prova di principio perché è un gruppo funzionale con cui hanno familiarità. "È molto semplice e funziona bene, " aggiunge. Tuttavia, l'utilizzo di gruppi più piccoli può consentire un'archiviazione a densità più elevata.

Nessuna scelta di gruppo funzionale consentirà la densità dei dati ottenuta memorizzando i dati nella sequenza della coppia di basi. Keyser suggerisce che questo potrebbe anche spiegare perché nessuno ha pensato di provare l'approccio del blocco Lego prima. Sebbene il lavoro nelle nuove tecnologie tenda a seguire le tecniche già dimostrate piuttosto che ad adottare un approccio ortogonale, l'attenzione all'ottimizzazione della densità dei dati potrebbe aver agito come ulteriore deterrente. Ancora, i vantaggi di più veloce, lettura e scrittura più semplici, e in particolare, riscrittura, può far valere il trade-off. L'archiviazione dei dati del DNA riscrivibile apre anche opportunità per i calcoli del DNA, che potrebbe offrire un'alternativa all'informatica tradizionale che, anche se lento, utilizza pochissima energia e quindi ha valore per alcune applicazioni.

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