Fortschritte bei der DNA-Speicherung durch Epi-Bit-Technologie

Warum es wichtig ist:

Im Zeitalter von Big Data stellt der globale Massendatenfluss Datenspeichersysteme vor eine drohende Herausforderung. Da DNA eine unglaublich hohe Speicherdichte – ein einziges Gramm DNA kann 215.000 Terabyte speichern, die gleiche Größe wie 10 Millionen Stunden hochauflösendes Video (Imburgia & Nivala, 2024) – und Langzeitstabilität aufweist, ist sie ein attraktives Medium für Datenspeicherung. Allerdings beruht die herkömmliche DNA-Speicherung auf der De-novo-Synthese, bei der Nukleotide einzeln in einer festen Reihenfolge hinzugefügt werden, was den Prozess zeitaufwändig und kostspielig macht. Die Methode von Zhang et al. ermöglicht die DNA-Selbstorganisation, wodurch das Schreiben von Daten parallel und programmierbar wird.

Darüber hinaus kann die Epi-Bit-Methode von Einzelpersonen zur Personalisierung ihrer DNA-Speicherung genutzt werden, wie die Umsetzung der Methode durch 60 Freiwillige mit unterschiedlichem akademischen Hintergrund zeigt. Dies zeigt deutlich das Potenzial der Epi-Bit-Methode von Zhang et al. als zugängliche, vielseitige, schnelle und kostengünstige Methode zur DNA-Speicherung.

Methodik:

– Informationen werden durch selektive Methylierung an Cytosinbasen in der DNA kodiert.
– Vorsynthetisierte DNA-Fragmente, sogenannte DNA-Bricks, werden zu einem wiederverwendbaren DNA-Strang zusammengesetzt. Jeder DNA-Baustein bindet an eine einzigartige Stelle des Strangs.
– Die präzise Bindung des Bausteins veranlasst ein Enzym, eine bestimmte Position auf der Vorlage zu methylieren, wodurch die Daten effektiv auf die Vorlage „gedruckt“ werden.
– Jeder DNA-Baustein folgt dem gleichen Binärsystem wie Computerhardware und trägt eine methylierte oder unmethylierte Stelle, um eine 1 bzw. 0 zu kodieren.
– Epi-Bits werden mit einem Nanoporen-Sequenziergerät gelesen.

Wichtigste Erkenntnisse:

– Mit der Epi-Bit-Methode haben Zhang et al. konnten auf einer automatisierten Plattform 275.000 Informationsbits auf fünf Vorlagen schreiben, ohne dass eine DNA-Synthese erforderlich war, darunter zwei hochauflösende Fotos eines weißen Tigers und eines Großen Pandas.

– Auf iDNAdrive, einer von Zhang et al. erstellten Plattform. das es Benutzern ermöglicht, Daten selbst zu kodieren, haben Freiwillige etwa 5.000 Datenbits mit Epi-Bit-Schreibkits kodiert. Die Fehlerquote beim Auslesen der Daten lag bei lediglich 1,42 %.

Quellen: