Nuevo enfoque para el almacenamiento de datos de ADN hace que el sistema más dinámico, escalable

"La mayoría de los sistemas de almacenamiento de datos de ADN existentes se basan en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para acceder a los archivos almacenados, que es muy eficiente en la copia de la información, pero presenta algunos retos significativos", dice Albert Keung, co-autor correspondiente de un documento sobre el trabajo . "Hemos desarrollado un sistema llamado Dinámica de Operaciones y reutilizable de almacenamiento de información, o DORIS, que no se basa en la PCR. Eso ha ayudado a abordar algunos de los principales obstáculos que enfrenta la implementación práctica de las tecnologías de almacenamiento de datos de ADN." Keung es un profesor asistente de ingeniería química y biomolecular de Carolina del Norte Estado.

sistemas de almacenamiento de datos de ADN tienen el potencial de órdenes de suspensión de magnitud más información que los sistemas existentes de tamaño comparable. Sin embargo, las tecnologías existentes han tenido dificultades para hacer frente a una serie de preocupaciones relacionadas con la aplicación práctica.

Los sistemas actuales se basan en secuencias de ADN llamadas secuencias de unión de cebadores que se añaden a los extremos de ADN filamentos que almacenan la información. En resumen, la secuencia de unión a cebador de ADN sirve como un nombre de archivo. Cuando se desea un archivo determinado, se recuperan las hebras de ADN que llevan esa secuencia.

Muchas de las barreras prácticas para tecnologías de almacenamiento de datos de ADN giran en torno al uso de la PCR para recuperar los datos almacenados. Los sistemas que se basan en la PCR tienen que subir y bajar la temperatura del material genético almacenado con el fin de extraer el ADN de doble cadena aparte y revelar la secuencia de unión a cebador drásticamente. Este resultado en todo el ADN, las secuencias de unión a cebador y las secuencias de datos de almacenamiento, natación libre en una especie de sopa genética. Las tecnologías existentes pueden entonces ordenar a través de la sopa de encontrar, recuperar y copiar el ADN relevante usando PCR. Los cambios de temperatura son problemáticos para el desarrollo de tecnologías prácticas, y la técnica de PCR en sí consume poco a poco, o utiliza hasta, la versión original del archivo que está siendo recuperada.

DORIS adopta un enfoque diferente. En lugar de utilizar ADN de doble cadena como una secuencia de unión a cebador, DORIS utiliza un "saliente" que consiste en una sola cadena de ADN, como una cola que las corrientes detrás del ADN de doble cadena que realmente almacena los datos. Mientras que las técnicas tradicionales requieren las fluctuaciones de temperatura a rasgar abierto el ADN con el fin de encontrar las secuencias de unión a cebador correspondientes, utilizando un monocatenarios medios salientes que DORIS puede encontrar las secuencias de unión a cebador apropiadas sin perturbar el ADN de doble cadena.

"En otras palabras, DORIS puede trabajar a temperatura ambiente, lo que es mucho más factible el desarrollo de tecnologías de gestión de datos de ADN que son viables en situaciones de la vida real", dice James Tuck, co-autor correspondiente del papel y profesor de electricidad y ingeniería informática en Carolina del Norte Estado.

La otra ventaja de no tener que desgarrar las hebras de ADN es que la secuencia de ADN en el voladizo puede ser el mismo como una secuencia de la región de doble cadena del archivo de datos en sí. Eso es difícil de lograr en los sistemas basados ​​en PCR sin sacrificar la densidad de información, porque el sistema no sería capaz de diferenciar entre secuencias de unión a cebador y secuencias de datos de almacenamiento.

"DORIS nos permite aumentar significativamente la densidad de información del sistema, y ​​también hace que sea más fácil de escalar para manejar bases de datos muy grandes," dice Kevin Lin, primer autor del artículo y un Ph.D. estudiante en Carolina del Norte Estado.

Y una vez DORIS ha identificado la secuencia de ADN correcta, que no se basa en la PCR a háganse copias. En su lugar, DORIS transcribe el ADN a ARN, que luego es de nuevo en ADN que puede leer el sistema de almacenamiento de datos a transcripción inversa. En otras palabras, DORIS no tiene que consumir el archivo original con el fin de leerlo.

Los salientes monocatenarios también se pueden modificar, permitiendo a los usuarios cambiar el nombre de archivos, borrar archivos o "bloqueo", haciendo efectivamente invisibles a otros usuarios.

"Hemos desarrollado un prototipo funcional de DORIS, por lo que sabemos que funciona", dice Keung. "Ahora estamos interesados ​​en aumentar la escala, acelerándolo y ponerla en un dispositivo que automatiza el proceso, por lo que es fácil de usar."

fuente: North Carolina State University. "New approach to DNA data storage makes system more dynamic, scalable." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200612111427.htm>.