DNA veri depolamasına yeni yaklaşım, sistemi daha dinamik, ölçeklenebilir hale getirir.

North Carolina State University’den araştırmacılar, DNA veri depolama sistemlerine temelde yeni bir yaklaşım geliştirdiler ve kullanıcılara veri dosyalarını yok etmeden okuma veya değiştirme ve sistemleri pratik kullanım için ölçeklendirmeyi kolaylaştırma olanağı sağladılar.

“Mevcut DNA veri depolama sistemlerinin çoğu, saklanan dosyalara erişmek için polimeraz zincir reaksiyonuna (PCR) güveniyor, bu da bilgi kopyalamada çok etkili ancak bazı önemli zorluklar sunuyor,” diyor çalışmadaki bir makalenin ortak yazarı Albert Keung . “Dinamik İşlemler ve Yeniden Kullanılabilir Bilgi Depolama ya da DORIS adında bir sistem geliştirdik, bu da PCR’ye dayanmıyor. Bu, DNA veri depolama teknolojilerinin pratik uygulamasının karşılaştığı bazı temel engelleri ele almamıza yardımcı oldu.” Keung, NC Eyaletinde kimya ve biyomoleküler mühendislik yardımcı doçentidir.

DNA veri depolama sistemleri, karşılaştırılabilir büyüklükteki mevcut sistemlerden daha fazla bilgi büyüklüğüne sahip olma potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, mevcut teknolojiler, pratik uygulama ile ilgili bir dizi kaygıyı ele almakta zorlanmaktadır.

Mevcut sistemler, bilgi depolayan DNA dizilerinin uçlarına eklenen primer bağlayıcı diziler adı verilen DNA dizilerine dayanmaktadır. Kısacası, DNA’nın primer bağlanma sekansı bir dosya adı olarak işlev görür. Belirli bir dosyayı istediğinizde, bu diziyi taşıyan DNA ipliklerini alırsınız.

DNA veri depolama teknolojilerinin önündeki pratik engellerin birçoğu, depolanan verileri almak için PCR kullanımı etrafında döner. PCR’a dayanan sistemlerin, çift sarmallı DNA’yı parçalamak ve primer bağlanma sekansını ortaya çıkarmak için depolanan genetik materyalin sıcaklığını önemli ölçüde yükseltmesi ve düşürmesi gerekir. Bu, tüm DNA’nın (primer bağlayıcı sekanslar ve veri depolama sekansları) bir tür genetik çorbada serbest yüzmesine neden olur. Mevcut teknolojiler daha sonra PCR kullanarak ilgili DNA’yı bulmak, almak ve kopyalamak için çorbada sıralanabilir. Sıcaklık değişimleri pratik teknolojiler geliştirmek için sorunludur ve PCR tekniğinin kendisi, alınan dosyanın orijinal sürümünü yavaş yavaş tüketir veya tüketir.

DORIS farklı bir yaklaşım benimser. DORIS, primer bağlanma sekansı olarak çift sarmallı DNA kullanmak yerine, tek bir DNA sarmalından oluşan bir “çıkıntı” kullanır – gerçekte veri depolayan çift sarmallı DNA’nın arkasından akan bir kuyruk gibi. Geleneksel teknikler, ilgili primer bağlanma sekanslarını bulmak için DNA’yı açmak için sıcaklık dalgalanmaları gerektirse de, tek sarmallı bir çıkıntı kullanmak, DORIS’in çift sarmallı DNA’yı rahatsız etmeden uygun primer bağlanma sekanslarını bulabileceği anlamına gelir.

“Başka bir deyişle, DORIS oda sıcaklığında çalışarak gerçek dünya senaryolarında geçerli olan DNA veri yönetimi teknolojileri geliştirmeyi çok daha olanaklı hale getirebilir,” diyor gazetenin eş yazarı ve elektrik profesörü James Tuck. NC State şirketinde computer engineering.

DNA şeritlerini parçalamak zorunda olmamanın bir diğer yararı, çıkıntıdaki DNA dizisinin, veri dosyasının kendisinin çift şeritli bölgesinde bulunan bir dizi ile aynı olabilmesidir. PCR tabanlı sistemlerde bilgi yoğunluğundan ödün vermeden bunu başarmak zordur, çünkü sistem primer bağlayıcı sekanslar ve veri depolama sekansları arasında ayrım yapamaz.

“DORIS, sistemin bilgi yoğunluğunu önemli ölçüde artırmamızı sağlıyor ve aynı zamanda gerçekten büyük veritabanlarını işlemek için ölçeklendirmeyi kolaylaştırıyor,” diyor makalenin ilk yazarı ve doktora. NC State şirketinde student.

Ve DORIS doğru DNA dizisini belirlediğinde, kopya yapmak için PCR’ye güvenmez. Bunun yerine DORIS, DNA’yı RNA’ya kopyalar, bu daha sonra veri depolama sisteminin okuyabileceği DNA’ya geri kopyalanır. Başka bir deyişle, DORIS okumak için orijinal dosyayı tüketmek zorunda değildir.

Tek sarmallı çıkıntılar da değiştirilebilir, böylece kullanıcılar dosyaları yeniden adlandırabilir, dosyaları silebilir veya “kilitleyebilir” – bu da onları diğer kullanıcılar için etkili bir şekilde görünmez hale getirir.

Keung, “DORIS’in işlevsel bir prototipini geliştirdik, bu yüzden işe yaradığını biliyoruz,” diyor. “Şimdi ölçeklendirmek, hızlandırmak ve işlemi otomatikleştiren ve kullanıcı dostu hale getirecek bir cihaza koymak istiyoruz.”

“Dinamik ve ölçeklenebilir DNA tabanlı bilgi depolama” makalesi, 12 Haziran Nature Communications dergisinde yayınlanacak .