Заміна жорстких дисків: учені змогли записати дані у формі ДНК за лічені хвилини

Учені зі США представили новий метод запису даних у формі ДНК, який займає лічені хвилини.

Результати дослідження опублікували на сайті Північно-Західного університету.

Генетичний код може використовуватися як система для зберігання інформації, тому що в мільйони разів перевершує за ефективністю наявні пристрої, що кодують дані за допомогою "0" і "1". Також сучасні сховища даних споживають багато енергії і займають багато місця, хоча весь їхній вміст можна розмістити на сотні кілограмів ДНК. Однак із розміщенням інформації на ДНК є проблема, і полягає вона в часі запису, який займає якщо не дні, то багато годин. Щоб записувати цифровий код у ДНК, нові дані традиційно додають до вже наявних ланцюжків за допомогою хімічного синтезу, що протікає досить повільно: для отримання результату необхідно довго стимулювати і пригнічувати експресію білків. Але інженерам, схоже, вдалося знайти рішення цієї проблеми.

Співробітники Північно-Західного університету (США, штат Іллінойс) використовували нову ферментну систему для синтезу ДНК, яка записує швидко сигнали навколишнього середовища, що змінюються, безпосередньо в послідовності ДНК. Метод дозволяє записувати нову ДНК з нуля замість копіювання шаблону, що значно прискорює процес.

"Наш метод для запису інформації набагато ефективніший, ніж той, яким користувалися раніше, тому що ферментом, який синтезує ДНК, можна безпосередньо маніпулювати. Складність полягала в тому, що внутрішньоклітинні записи здійснювалися вкрай повільно, тому що вимагали механічних етапів експресії білка у відповідь на сигнали, а наші ферменти експресуються заздалегідь і можуть безперервно зберігати інформацію", — заявив провідний автор дослідження Кіт Ті.

Новий метод назвали Time-sensitive Untemplated Recording using Tdt for Local Environmental Signals (чутливий до часу непомітний запис із використанням Tdt для локальних сигналів навколишнього середовища), що скорочується до абревіатури TURTLES ("черепахи"). Tdt — це спеціальний ДНК-фермент, термінальна дезоксинуклеотидилтрансфераза. Саме з її допомогою дані записуються в генетичний код за хвилини.

Зміни, наприклад, зміни концентрації металів, реєструються полімеразою, яка діє як біосенсори і вказує вченим час змін, що відбулися. Можливість реєструвати зміни в ДНК за допомогою біосенсорів доводить ефективність TURTLES для використання всередині клітин. За допомогою цієї технології вчені планують вивчати взаємодії нейронів у головному мозку.

Крім того, ДНК як носій з високою щільністю може допомогти вченим здійснити прорив у технологіях накопичувачів і біосенсорів. Команда зазначає, що технологія буде корисна для архівування відеозаписів із камер безпеки, які рідко відтворюють, однак зберігають на випадок інцидентів. Біосенсори ж здатні фіксувати забруднення навколишнього середовища, такі як перевищення допустимої концентрації важких металів.

"Одного разу ця технологія дозволить нам вивчати взаємодії між мільйонами клітин одночасно", — зазначила Наміта Бхану, співавторка роботи.

За словами ще одного співавтора, Алека Каллісто, за допомогою наявних технологій вчені здатні вивчати тільки крихітну частину нейронів мозку, та й то з великими обмеженнями. Помістивши біосенсори в усі клітини мозку, вчені зможуть спостерігати за реакціями на стимули в мільйонах клітин.

Наразі команда зосереджена на розробці інфраструктури й удосконалення методів, необхідних для внутрішньоклітинного запису інформації. Учені сподіваються, що їхні колеги також зацікавляться новою концепцією і допоможуть втілити її в життя.

Раніше в Кореї вчені створили "живий" чіп на основі ДНК, який можна підключити до ПК і смартфонів. Процесор споживає набагато менше енергії, ніж електронні аналоги.