DNA. laremenko/iStock
Die weltweite Datenproduktion wird bis 2025 auf 463 Exabyte pro Tag geschätzt – das entspricht 212.765.957 DVDs pro Tag.laut Weltwirtschaftsforum.
Unsere bestehenden Datenspeichersysteme, die nur eine begrenzte Anzahl von Nullen und Einsen speichern können und enorme Mengen an Energie und Platz verbrauchen, können uns nicht ewig halten, was uns an die Schwelle zu einem ernsthaften Datenspeicherproblem bringt, das sich nur noch verschlimmern kannDNA-basierte Datenspeicherung könnte als Alternative zu Festplatten zur Rettung kommen, da unser genetischer Code beim Speichern von Informationen millionenfach effizienter ist als aktuelle Lösungen. Jetzt in einer bahnbrechenden Entwicklung, Forscher der Northwestern University habe eine neue Methode entwickelt zum Aufzeichnen von Informationen in die DNA, die Minuten statt Stunden oder Tage dauern.
Die Forscher nutzten ein neuartiges enzymatisches System, um DNA zu synthetisieren, die sich schnell ändernde Umweltsignale direkt in ihre Sequenzen aufzeichnet, und diese Methode könnte die Art und Weise revolutionieren, wie Wissenschaftler Neuronen im Gehirn untersuchen und aufzeichnen.
Eine schnellere und hochauflösendere Aufnahme
Um intrazelluläre molekulare und digitale Daten in DNA aufzuzeichnen, verlassen sich Wissenschaftler derzeit auf mehrteilige Prozesse, die neue Informationen mit bestehenden DNA-Sequenzen kombinieren. Dies bedeutet, dass sie für eine genaue Aufzeichnung die Expression bestimmter Proteine stimulieren und unterdrücken müssen, die dauern könnenmehr als 10 Stunden abgeschlossen.
Die Forscher der neuen Studie stellten die Hypothese auf, dass sie diesen Prozess beschleunigen könnten, indem sie benutzt eine neue Methode, die sie aufrufen "Time-sensitive Untemplate Recording using Tdt for Local Environmental Signals", oder TURTLES. Auf diese Weise synthetisierten sie völlig neue DNA, anstatt eine Vorlage davon zu kopieren. Die Methode ermöglichte es, die Daten in den genetischen Code in aeine Sache von Minuten.
"Die Natur ist gut darin, DNA zu kopieren, aber wir wollten wirklich in der Lage sein, DNA von Grund auf neu zu schreiben", sagte der nordwestliche Ingenieursprofessor Keith EJ Tyo, der leitende Autor des Papiers, in der Pressemitteilung. "Die ex vivo außerhalb derKörper dafür ist eine langsame chemische Synthese.Unsere Methode ist viel billiger, um Informationen zu schreiben, weil das Enzym, das die DNA synthetisiert, direkt manipuliert werden kann. Moderne intrazelluläre Aufzeichnungen sind noch langsamer, weil sie die mechanischeSchritte der Proteinexpression als Reaktion auf Signale, im Gegensatz zu unseren Enzymen, die alle vorzeitig exprimiert werden und kontinuierlich Informationen speichern können."
Dies könnte eine mögliche Lösung seindas explosionsartige Wachstum des Datenspeicherbedarfs, sowie die Hirnforschung voranzutreiben. „Dies ist ein wirklich spannender Proof of Concept für Methoden, mit denen wir eines Tages die Interaktionen zwischen Millionen von Zellen gleichzeitig untersuchen könnten“, sagte Namita Bhan, Co-Erstautorin und Postdoktorandinin Tyos Labor.
"Wenn man sich ansieht, wie sich die aktuelle Technologie im Laufe der Zeit skaliert, könnte es Jahrzehnte dauern, bis wir überhaupt ein ganzes Kakerlakengehirn gleichzeitig mit bestehenden Technologien erfassen können – ganz zu schweigen von den zig Milliarden Neuronen im menschlichen Gehirn", sagte Co-ErstautorAlec Callisto, der auch Doktorand in Tyos Labor ist: "Das möchten wir also wirklich beschleunigen."
Die Forscher arbeiten derzeit an der genomischen Infrastruktur und zellulären Techniken, die für eine zuverlässige intrazelluläre Aufzeichnung erforderlich sind, und hoffen, dass andere Ingenieure an der Methode interessiert sind und sie verwenden, um Signale für ihre Forschung aufzuzeichnen.