Immaginate la "Suite per violoncello n. 1" di Bach suonata su un filo di DNA.

Questo scenario non è così impossibile come sembra. Troppo piccolo per resistere a una pennata ritmica oa una corda dell'arco che scorre, DNA è una centrale elettrica per archiviare file audio e tutti i tipi di altri media.

"Il DNA è il sistema di archiviazione dei dati originale della natura. Possiamo usarlo per archiviare qualsiasi tipo di dati:immagini, video, musica, qualsiasi cosa", ha affermato Kasra Tabatabaei, ricercatrice del Beckman Institute for Advanced Science and Technology e coautrice di questo studio.

L'espansione della composizione molecolare del DNA e lo sviluppo di un nuovo metodo di sequenziamento preciso ha consentito a un team multi-istituzionale di trasformare la doppia elica in una piattaforma di archiviazione dati robusta e sostenibile.

Il documento del team è apparso in Nano Letters nel febbraio 2022.

Nell'era dell'informazione digitale, chiunque abbia il coraggio di navigare tra le notizie quotidiane sente che l'archivio globale diventa ogni giorno più pesante. Sempre più spesso, i file cartacei vengono digitalizzati per risparmiare spazio e proteggere le informazioni dai disastri naturali.

Dagli scienziati agli influencer dei social media, chiunque abbia informazioni da archiviare può beneficiare di una cassetta di sicurezza dei dati sicura e sostenibile e la doppia elica è perfetta.

"Il DNA è una delle migliori opzioni, se non l'opzione migliore, per archiviare in particolare i dati di archivio", ha affermato Chao Pan, uno studente laureato presso l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign e coautore di questo studio.

La sua longevità rivaleggia solo con la durata, il DNA è progettato per resistere alle condizioni più difficili della Terra, a volte per decine di migliaia di anni, e rimanere una valida fonte di dati. Gli scienziati possono sequenziare i filamenti fossili per scoprire storie genetiche e dare vita a paesaggi perduti da tempo.

Nonostante la sua piccola statura, il DNA è un po' come la famigerata cabina della polizia del Dr. Who:più grande dentro di quanto sembri.

"Ogni giorno vengono generati diversi petabyte di dati su Internet. Solo un grammo di DNA sarebbe sufficiente per archiviare quei dati. Ecco quanto è denso il DNA come supporto di memorizzazione", ha affermato Tabatabaei, che ha anche un dottorato di ricerca al quinto anno. D. studente.

Un altro aspetto importante del DNA è la sua naturale abbondanza e rinnovabilità quasi infinita, una caratteristica non condivisa dai più avanzati sistemi di archiviazione dati oggi sul mercato:i microchip di silicio, che spesso circolano per pochi decenni prima di una sepoltura senza cerimonie in un cumulo di rifiuti in discarica. -rifiuti.

"In un momento in cui stiamo affrontando sfide climatiche senza precedenti, l'importanza delle tecnologie di conservazione sostenibili non può essere sopravvalutata. Stanno emergendo nuove tecnologie verdi per la registrazione del DNA che renderanno la conservazione molecolare ancora più importante in futuro", ha affermato Olgica Milenkovic, Franklin W. Woeltge Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica e co-PI sullo studio.

Immaginando il futuro dell'archiviazione dei dati, il team interdisciplinare ha esaminato il millenario MO di DNA. Quindi, i ricercatori hanno aggiunto la loro svolta del 21° secolo.

In natura, ogni filamento di DNA contiene quattro sostanze chimiche - adenina, guanina, citosina e timina - spesso indicate con le iniziali A, G, C e T. Si dispongono e si riorganizzano lungo la doppia elica in combinazioni che gli scienziati possono decodificare , o sequenza, per dare significato.

The researchers expanded DNA's already broad capacity for information storage by adding seven synthetic nucleobases to the existing four-letter lineup.

"Imagine the English alphabet. If you only had four letters to use, you could only create so many words. If you had the full alphabet, you could produce limitless word combinations. That's the same with DNA. Instead of converting zeroes and ones to A, G, C, and T, we can convert zeroes and ones to A, G, C, T, and the seven new letters in the storage alphabet," Tabatabaei said.

Because this team is the first to use chemically modified nucleotides for information storage in DNA, members innovated around a unique challenge:Not all current technology is capable of interpreting chemically modified DNA strands. To solve this problem, they combined machine learning and artificial intelligence to develop a first-of-its-kind DNA sequence readout processing method.

Their solution can discern modified chemicals from natural ones, and differentiate each of the seven new molecules from one another.

"We tried 77 different combinations of the 11 nucleotides, and our method was able to differentiate each of them perfectly," Pan said. "The deep learning framework as part of our method to identify different nucleotides is universal, which enables the generalizability of our approach to many other applications."

This letter-perfect translation comes courtesy of nanopores:proteins with an opening in the middle through which a DNA strand can easily pass. Remarkably, the team found that nanopores can detect and distinguish each individual monomer unit along the DNA strand—whether the units have natural or chemical origins.

"This work provides an exciting proof-of-principle demonstration of extending macromolecular data storage to non-natural chemistries, which hold the potential to drastically increase storage density in non-traditional storage media," said Charles Schroeder, the James Economy Professor of Materials Science and Engineering and a co-PI on this study.

DNA literally made history by storing genetic information. By the looks of this study, the future of data storage is just as double-helical. + Esplora ulteriormente

Using DNA-like punch cards to store data