A tudósok régóta kísérleteznek a DNS tárolási lehetőségeinek kihasználásával és mára eljutottak oda, hogy kitalálták, miként lehet elektronikusan beírni az adatokat egy élő baktérium DNS-ébe.
A DNS több okból is vonzó lehet adattárolás szempontjából. Először is, ezerszer sűrűbb, mint a legkompaktabb merevlemezek, ami azt jelenti, hogy körülbelül 10 teljes hosszúságú digitális filmet is képes tárolni egy sószem térfogatú mennyiségben. Továbbá mivel a DNS központi szerepet játszik a biológiában, az írási és olvasási technológiái idővel várhatóan olcsóbbá és erőteljesebbé válnak, írja a Science. Jelenleg a technológia drága, 3500 dollárba kerül egyetlen megabites információ szintetizálása, de mivel a DNS-kutatási terület nagyon gyorsan fejlődik, számítani lehet költségeinek csökkenésére.
A kutatók eddig is foglalkoztak az adatok DNS-be történő integrálásával, ugyanakkor ezek a próbálkozások nem bizonyultak tartós megoldásnak, ugyanis az információt tároló DNS-fiolák idővel lebomlanak. Tartós és könnyebben kódolható közeg létrehozása érdekében a kutatók most azon dolgoznak, hogy az élő szervezetek DNS-ébe írják az adatokat, amelyek lemásolják és továbbadják génjeiket a következő generációnak.
Ehhez a kutatók általában a DNS molekula négy heterociklusos bázisának (adenin – A, guanin – G, citozin – C és timin – T) valamilyen kombinációjaként bináris kóddá alakítják az adatokat. Ezután DNS-szintetizátor segítségével írják a kódot a DNS-be. Csakhogy minél hosszabb a kód, a DNS-szintézis pontossága annál inkább csökken, ezért a kutatók darabokra bontják az állományokat és azokat 200-300 bázishosszúságú DNS-részletekbe írják. Az egyes részletek kapnak egy azonosító indexet, hogy majd a kiolvasásnál újból össze lehessen rakni az eredeti információt.
Harris Wang, a Columbia Egyetem rendszerbiológusa által vezetett csoport a már ismert CRISPR génszerkesztő rendszert használta fel egy biológiai jel felismerésére, például a fruktóz jelenlétére.
A kutatók megfigyelték, hogy a kólióbaktérium a génjeiben képes „emlékeket” tárolni a fruktóz jelenlétéről. Amikor a kutatók fruktózt adtak az Escherichia coli (kólióbaktérium) sejtekhez, a génexpresszió növekedett a gyűrű alakú DNS, az úgynevezett plazmid bitjeiben.
Ezután a CRISPR komponensek, amelyek azért alakultak ki, hogy a baktériumot megvédjék a vírusos betolakodóktól, darabokra aprították a túlzottan expresszáló plazmidot és közülük néhány, a baktérium DNS-ének egy olyan szakaszába került, amely „emlékezett” a korábbi vírusbetolakodókra. Ez a genetikai bit egy digitális egy értéket reprezentált. Ha a fruktóz hiányzott, akkor egy véletlenszerű DNS bitet tárolt, ami a digitális nullát reprezentálta. Az E. coli DNS szekvenálása után kiderült, hogy a baktérium ki volt-e téve fruktóznak, vagy sem. Mindezt pedig egy digitális egyes vagy nulla reprezentálásával.
A fruktóz-felismerő rendszer azonban csak néhány bit adatot képes tárolni, ezért lecserélték egy olyanra, ami sokkal hosszabb információssort képes kódolni.
Gének egy sorozatát illesztették az E. coli bementére, amely lehetővé tette a sejtek számára, hogy elektromos feszültségekre reagálva növeljék a plazmid expressziót. A fruktóz beállításához hasonlóan az expresszió növekedése miatt a baktérium DNS-ében egy digitális egyes tárolódott el, majd ahhoz, hogy ezeket kiolvassák, egyszerűen szekvenálták a baktériumot.
Az utóbbi megközelítéssel Wangnak és munkatársainak 72 bit adatot sikerült a DNS-be kódolni. Egészen pontosan a „Hello World!” ikonikus mondatot. Azonban a valós alkalmazások ezen a téren még nagyon messze vannak, és Wang is azt állítja, hogy az élő organizmusokban való adattárolás még egy nagyon korai szakaszban van. Először a kutatóknak még azt kell kitalálniuk, hogy megakadályozzák az üzenetek lebomlását. Ugyanis a baktériumok a szaporodásuk során mutálódhatnak, és ez az információt is befolyásolhatja.
Nature Chemical Biology cikk: https://www.nature.com/articles/s41589-020-00711-4
