Nova abordagem para armazenamento de dados de ADN torna o sistema mais dinâmico, escalável

"A maioria dos sistemas de armazenamento de dados de ADN existentes dependem de reação em cadeia da polimerase (PCR) para acessar arquivos armazenados, o que é muito eficiente em copiar informação, mas apresenta alguns desafios significativos", diz Albert Keung, co-autor correspondente de um artigo sobre o trabalho . "Nós desenvolvemos um sistema chamado operações dinâmicas e reutilizáveis ​​armazenamento de informação, ou DORIS, que não depende de PCR. Isso nos ajudou a resolver alguns dos principais obstáculos que enfrentam a aplicação prática de tecnologias de armazenamento de dados de ADN." Keung é um professor assistente de engenharia química e biomolecular no estado do NC.

sistemas de armazenamento de dados de DNA têm o potencial de ordens apossar de magnitude mais informações do que os sistemas existentes de tamanho comparável. No entanto, as tecnologias existentes têm lutado para lidar com uma série de preocupações relacionadas com a implementação prática.

Os sistemas actuais dependem de sequências de ADN chamado sequências de ligação do iniciador que são adicionados aos extremos do DNA strands que armazenam informações. Em resumo, a sequência de ligação do iniciador de ADN serve como um nome de ficheiro. Quando você quer um determinado arquivo, você recupera as fitas de DNA que ostentam essa sequência.

Muitas das barreiras práticas para tecnologias de armazenamento de dados de ADN giram em torno do uso de PCR para recuperar dados armazenados. Os sistemas que dependem de PCR tem de aumentar drasticamente e baixar a temperatura do material genético armazenada, a fim de rasgar o ADN de cadeia dupla para além e revelar a sequência de ligação do iniciador. Isto resulta em todo o ADN, as sequências de ligação do iniciador e das sequências de armazenamento de dados, natação livre em um tipo de sopa genética. tecnologias existentes podem então classificar através de sopa de encontrar, recuperar e copiar o DNA relevante usando PCR. As oscilações de temperatura são problemáticos para o desenvolvimento de tecnologias práticas, ea técnica de PCR-se gradualmente consome ou usa-se acima, a versão original do arquivo que está sendo recuperado.

DORIS tem uma abordagem diferente. Em vez de utilizar o ADN de cadeia dupla como uma sequência de ligação do iniciador, Doris usa uma "saliência" que consiste de uma cadeia simples de ADN, como uma cauda que fluxos de trás do ADN de cadeia dupla que, na verdade armazena dados. Embora as técnicas tradicionais flutuações de temperatura necessária para rasgar o ADN, a fim de encontrar as sequências de ligação dos iniciadores relevantes, usando um único meio de cadeia saliência que Doris pode encontrar as sequências de ligação ao iniciador apropriado sem perturbar o ADN de cadeia dupla.

"Em outras palavras, DORIS pode trabalhar à temperatura ambiente, tornando-o muito mais viável para desenvolver tecnologias de gerenciamento de dados de ADN que são viáveis ​​em cenários do mundo real", diz James Tuck, co-autor correspondente do papel e um professor de elétrica e engenharia da computação no estado do NC.

A outra vantagem de não ter de rasgar as cadeias de ADN é que a sequência de ADN na saliência pode ser o mesmo como uma sequência encontrada na região de cadeia dupla do próprio ficheiro de dados. Isso é difícil de conseguir em sistemas baseados em PCR, sem sacrificar a densidade de informação, porque o sistema não seria capaz de distinguir entre sequências de ligação do iniciador e sequências de armazenamento de dados.

"DORIS nos permite aumentar significativamente a densidade de informação do sistema, e também torna mais fácil para escalar para lidar com muito grandes bases de dados", diz Kevin Lin, primeiro autor do papel e um Ph.D. estudante no estado do NC.

E uma vez DORIS identificou a sequência de DNA correto, ele não depende de PCR para fazer cópias. Em vez disso, Doris transcreve o DNA para o RNA, que é então volta para o DNA que o sistema de armazenamento de dados pode ler transcritos de forma inversa. Em outras palavras, DORIS não tem que consumir o arquivo original, a fim de lê-lo.

As saliências de fita simples também pode ser modificado, permitindo que os usuários para renomear arquivos, apagar arquivos ou "bloqueio"-los, efetivamente tornando-os invisíveis para outros usuários.

"Nós desenvolvemos um protótipo funcional de DORIS, por isso sei que funciona", diz Keung. "Estamos agora interessados ​​em dimensioná-lo para cima, acelerando-lo e colocá-lo em um dispositivo que automatiza o processo, tornando-o fácil de usar."

fonte: 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>.