Deoksiribonukleinska kiselina se još od osamdesetih godina prošlog stoljeća smatra idealnim medijem za pohranu podataka zbog svoje izuzetne gustoće i stabilnosti. DNK naime može pohraniti do milijardu puta više informacija u istom volumenu u usporedbi s tradicionalnom pohranom na bazi silicija, a kodirani nizovi pod pravim uvjetima mogu trajati stoljećima. Istraživači Škole molekularnih znanosti na Državnom sveučilištu Arizone i njihovi međunarodni partneri otkrili su metodu koja značajno povećava kapacitet pohrane DNK i učinkovitost uz pomoć "epi-bitova" koji funkcioniraju poput pokretnih slova u tiskarskom stroju i mogu se rasporediti na univerzalnu DNK šablonu.

Biološki flash pogon

Novi pristup zaobilazi dugotrajan i skup proces sintetiziranja nove DNK, što ubrzava i pojeftinjuje cijeli proces. Ovom metodom, opisanom u časopisu Nature, ogromne količine podataka mogle bi se pohraniti u minijaturnom prostoru na dugi rok.

"Epigenetski principi iz udžbenika biokemije doista se mogu primijeniti za pohranu podataka u DNK", kažu istraživači. I dok su se nekad podaci kodirali jedan po jedan nukleotid, čineći proces sporim, skupim i nepraktičnim za široku upotrebu, nova metoda zaobilazi ta ograničenja. Umjesto izgradnje DNK od nule, istraživači koristi postojeće niti, modificirajući ih nakon sinteze procesom inspiriranim prirodnom metodom regulacije aktivnosti gena - epigenetskom modifikacijom.

Paralelni molekularni ispis

Tehnika se oslanja na epigenetiku, prirodni proces u kojem se kemijske skupine dodaju ili uklanjaju iz DNK kako bi se regulirala ekspresija gena, čime se određuje je li gen uključen ili isključen. Ova regulacija utječe na proizvodnju proteina, koji pokreću bitne stanične funkcije. Istraživači su prilagodili ovaj prirodni mehanizam, koristeći ga za kodiranje digitalnih informacija umjesto bioloških uputa. Dodavanjem ili uklanjanjem kemijskih markera istraživači stvaraju epi-bitove, sićušne molekularne podatkovne točke koje funkcioniraju poput binarnih sklopki. Metilirana i nemetilirana baza služe kao ekvivalent binarnog koda koji se koristi u računalima.

Istraživači su koristili metodu paralelnog molekularnog ispisa, gdje univerzalni DNK lanac služi kao baza, a 700 različitih DNK segmenata djeluju kao građevni blokovi. Svaki segment sadrži jedinstveni uzorak epi-bitova koji predstavljaju digitalnu informaciju. Raspoređivanjem ovih segmenata na osnovnoj niti, istraživači su kodirali oko 270.000 bitova podataka, postigavši ​​brzinu od 350 bitova po reakciji. Pohranjeni podaci zatim su brzo i točno očitani uz pomoć napredne tehnologije sekvenciranja.

"Ovaj novi pristup pokazuje kako se mogu iskoristiti molekularni mehanizmi za inovativna podatkovna rješenja, premošćujući polja biologije i digitalnih informacija", kažu istraživači.

Izazovi i budući pravci

Epi-bit tehnologija obećava održiviju i resursno učinkovitiju opciju tradicionalnoj elektroničkoj pohrani podataka, no složenost kodiranja temeljenog na metilaciji i potreba za preciznom kontrolom kemijskih modifikacija zahtijevaju sofisticirane tehnologije i metode. Naime, pogreške u procesu metilacije ili neusklađenosti mogu dovesti do gubitka ili oštećenja podataka.

Ipak, istraživači vjeruju da bi se ova tehnologija mogla kombinirati s molekularnim računalnim sustavima, omogućujući pohranjivanje, obradu i čak računanje podataka unutar istog medija. To bi, kažu, transformiralo DNK iz puke molekule za pohranu u aktivnog sudionika u obradi podataka. A takve inovacije mogle bi otvoriti uzbudljive mogućnosti u sintetskoj biologiji, bioinformatici i šire, integrirajući pohranu podataka s biološkim funkcijama.