W “Parku Jurajskim” naukowcy wyekstrahowali DNA, które było przechowywane w bursztynie przez miliony lat i wykorzystali je do stworzenia populacji dawno wymarłych gadów. Częściowo zainspirowani tym filmem, naukowcy z MIT opracowali szklisty, bursztynowy polimer, który może być używany do długoterminowego przechowywania DNA. Szczegóły opublikowano w czasopiśmie Journal of the American Chemical Society.
DNA jako wieczny nośnik danych
Nasze metody przechowywania danych bledną w porównaniu z tymi, które wymyśliła natura. Jeden gram DNA może pomieścić do 215 petabajtów (215 milionów GB) danych, co oznacza, że można by zasadniczo przechowywać cały Internet w pudełku na buty. Nic więc dziwnego, że naukowcy eksperymentują z tym, jak zapisywać dane w DNA, odczytywać je i co ważne, przechowywać je bezpiecznie, gdy tam są.
Czytaj też: DNA jako nośnik danych? Jesteśmy coraz bliżej realizacji tego celu
Cyfrowe systemy pamięci masowej kodują tekst, zdjęcia i inne rodzaje informacji jako serię zer i jedynek. Te same informacje można zakodować w DNA przy użyciu czterech nukleotydów, które tworzą kod genetyczny: A, T, G i C. Na przykład G i C można użyć do reprezentowania 0, podczas gdy A i T reprezentują 1.
Większość obecnych metod przechowywania DNA wymaga temperatur poniżej zera, więc zużywają dużo energii i nie są opłacalne w wielu częściach świata. Natomiast nowy bursztynowy polimer może przechowywać DNA w temperaturze pokojowej, chroniąc jednocześnie cząsteczki przed uszkodzeniami spowodowanymi przez ciepło lub wodę.
Zamrażanie DNA to najlepszy sposób na jego konserwację, ale jest bardzo kosztowne i nie można go skalować. Myślę, że nasza nowa metoda konserwacji będzie technologią, która może być siłą napędową przyszłości przechowywania cyfrowych informacji o DNA. James Banal, były postdoktorant MIT
W 2021 r. dr Banal opracował sposób przechowywania DNA w cząsteczkach krzemionki, które można było namierzyć znacznikami ujawniającymi zawartość. Praca ta doprowadziła do powstania spin-outu Cache DNA. Jedną z wad tego systemu przechowywania jest to, że osadzenie DNA w cząsteczkach krzemionki zajmuje kilka dni. Ponadto usunięcie DNA z cząsteczek wymaga kwasu fluorowodorowego, który może być niebezpieczny dla pracowników zajmujących się DNA.
Nowa sztuczka z bursztynem
Teraz naukowcy z MIT stworzyli rodzaj sztucznego bursztynu, który może chronić DNA przez długi czas i łatwo oddaje swoje dane, gdy jest to potrzebne. Jest to materiał termoutwardzalny, co oznacza, że składa się z polimerów, które stają się szklistym ciałem stałym po podgrzaniu, ale mogą również ulec degradacji na żądanie po wystawieniu na działanie pewnych substancji chemicznych.
Czytaj też: DNA jako nośnik danych coraz bliżej. Naukowcy dodali siedem dodatkowych liter do molekularnego alfabetu
Specyficzna mieszanka monomerów została zaprojektowana tak, aby wciągać DNA do sferycznych kompleksów w środku, z warstwą hydrofobową na zewnątrz. To ważne, ponieważ wilgoć może uszkodzić DNA. Następnie mieszanka jest podgrzewana, aby ustawić ją w szklany blok, w którym DNA zawierające dane jest zachowane w środku.
Kiedy nadchodzi czas odczytania tych danych, materiał jest wystawiany na działanie cząsteczki zwanej cysteaminą, która rozbija wiązania trzymające termoutwardzalny materiał razem, a następnie dodaje się detergent SDS, aby oddzielić DNA bez jego uszkodzenia. Technikę tę nazwano Thermoset-REinforced Xeropreservation (T-REX).
W testach zespół MIT z powodzeniem użył T-REX do przechowywania sekwencji DNA o różnej długości, w temperaturach do 75oC. Pierwsze sekwencje testowe zakodowały Proklamację Emancypacji, logo MIT, cały ludzki genom i motyw muzyczny z “Parku Jurajskiego”. Kiedy DNA zostało usunięte i zsekwencjonowane, naukowcy odkryli, że nie wprowadzono żadnych błędów. Obecnie T-REX potrzebuje kilku godzin, aby zapisać dane do DNA i umieścić je w materiale termoutwardzalnym, ale proces ten można przyspieszyć.
Czy to oznacza, że już wkrótce na rynku pojawią się dyski twarde oparte na DNA? Wydaje się to mało prawdopodobne, choć technika T-REX jest idealna do długoterminowego przechowywania danych archiwalnych.
