Onderzoekers van het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge hebben aangekondigd een methode te hebben ontwikkeld waarmee gecodeerde gegevens kunnen worden opgeslagen in DNA-moleculen en kunnen worden herschreven. Wetenschappers vertelden hierover in het tijdschrift Nano Letters.
Onderzoekers van het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge hebben aangekondigd een methode te hebben ontwikkeld waarmee gecodeerde gegevens kunnen worden opgeslagen in DNA-moleculen en kunnen worden herschreven. Wetenschappers vertelden hierover in het tijdschrift Nano Letters.
Het idee om informatie op te slaan met behulp van genetische code is om lange DNA-moleculen te synthetiseren met individuele sequenties van basisblokken. De gegevensregistratiedichtheid die op deze manier wordt bereikt, is ordes van grootte hoger dan bij bestaande magnetische of vaste-stoftechnologieën, en de opslagtijd bereikt duizenden, niet tientallen jaren. De duurzaamheid en dichtheid van de DNA-gegevens zouden vooral nuttig zijn voor archivering, zo niet voor enkele belangrijke beperkingen.
"Een van de grootste uitdagingen is het maken van DNA", zegt Ulrich Keizer, hoogleraar toegepaste natuurkunde aan de universiteit van Cambridge. - De de novo synthese van DNA-moleculen met gegeven sequenties van basiseenheden is tamelijk lang, erg bewerkelijk en vereist het gebruik van enzymen. Maar met onze aanpak is het gemakkelijker geworden - het is alsof je een model bouwt van LEGO-stenen. Je mengt gewoon de ingrediënten, verwarmt en koelt ze."
Het lezen van gegevens die zijn opgeslagen in DNA-sequenties is ook traag en duur. Sequencing-technologie heeft een lange weg afgelegd, maar het is nog steeds sterk afhankelijk van het maken van miljarden kopieën van een molecuul om signalen van eiwitinteracties te versterken. Een alternatieve sequentiemethode leidt een DNA-molecuul door een nanoporie en leest de sequentie in realtime op basis van veranderingen in de ionenstroom wanneer verschillende basenparen erdoorheen gaan. Hoewel het goedkoper en efficiënter is, is het op deze manier uitlezen van bits uit een DNA-sequentie nog steeds te tijdrovend voor opslagtechnologieën.
De auteurs van het nieuwe werk hebben een aanpak ontwikkeld waarmee je gemakkelijk en nauwkeurig informatie kunt lezen met behulp van nanoporiën en deze kunt opschrijven door simpelweg stoffen te mengen. De sleutel tot de nieuwe benadering is om het "annealen" van de kleverige uiteinden van enkelstrengs DNA te beheersen. De nucleotidesequentie in de DNA-ruggengraat is hetzelfde in alle gebruikte moleculen, maar de complementaire streng die gebiotinyleerd is, kan andere basen bevatten. Wanneer de complementaire streng wordt gebiotinyleerd, zal deze binden aan streptavidinemoleculen, waardoor het gemakkelijk wordt om veranderingen in ionenstroom te detecteren wanneer DNA door de nanoporie gaat. Dienovereenkomstig wordt de aanwezigheid van deze stof op een bepaald deel van het DNA in het leesprogramma geregistreerd als "1" en zijn afwezigheid als "0".
De nieuwe technologie voor het schrijven en lezen van informatie maakt gebruik van een extra enkelstrengs DNA dat uit blijft steken na functionalisatie, waardoor het gemakkelijk is om informatie te wissen en te herschrijven. De gegevens blijven versleuteld doordat de gebiotinyleerde filamenten uitsteken. Dit is mogelijk omdat alleen iemand die de sequentie van de kleverige uiteinden van enkelstrengs DNA kent, weet welke sequentie de complementaire streng die aan streptovidine is gekoppeld, moet hebben om de sequentie van nullen en enen te krijgen die zijn verkregen door sequentiebepaling op basis van nanoporiën. Nu zijn de onderzoekers van plan om de technologie op te schalen, om te experimenteren met andere stoffen dan streptovidine om de efficiëntie van de processen voor het registreren en verwijderen van informatie te verbeteren.
Auteur: Nikita Shevtsev
Promotie video:
