Das Aufkommen der DNA-Datenspeicherung

Einstellen eines freiberuflicher DNA-Sequenzierungsdatenanalyst kann eine kosteneffiziente Lösung sein, wenn Sie bei Bedarf einen qualifizierten Experten zu Rate ziehen möchten.

Wird der Tag kommen, an dem wir Dateien auf genetische Informationen herunterladen und speichern, da die Speicherung von DNA-Daten bald Realität sein wird? Was sind die Herausforderungen und Chancen? Maya RaghunandanPhD in Biochemie und Molekularbiologie und Kolabtree freiberuflicher Wissenschaftler, gibt einen Überblick. 

Jeden Tag nutzen wir die Digitaltechnik. Wir machen Fotos, chatten, laden Dokumente herunter, sehen uns ein Video an und so weiter. Eine Fülle von Informationen ist dank der digital gespeicherten Daten jederzeit abrufbar, und zwar in Form von Anordnungen von 0 und 1 auf zahlreichen Festplattenlaufwerken mit Silikonchips und Magnetbändern. Die anhaltende Datenexplosion stößt bereits jetzt an die Grenzen der Speicherkapazitäten und wird voraussichtlich die verfügbare Infrastruktur sprengen. Bis 2040Die Datenflut kann 10 bis 100 Mal mehr Silizium in Mikrochipqualität erfordern, als zur Verfügung steht. Dieses Problem hat Forscher auf der ganzen Welt dazu veranlasst, einen Durchbruch bei der alternativen Datenspeicherung zu erzielen.

DNA als Instrument zur Datenspeicherung: Pro

Glücklicherweise bietet uns Mutter Natur eine Lösung in Form unserer genetischen Information, die den Bauplan kodiert - die DNA. Diese Idee gewann 2012 an Boden, als Forscher der Harvard verschlüsselte ein Buch mit 52.000 Wörtern in Tausenden von DNA-Strängen. In der Folgezeit haben viele andere Forscher den Ansatz zum Schreiben digitaler Daten auf die DNA und zum Abrufen dieser Daten validiert und weiterentwickelt. Einige prominente Beispiele sind die Forscher von Columbia-Universität, Universität von Illinois in Urbana-Champaign, Universität von Washington, Europäisches Institut für Bioinformatik und ETH Zürich. In 2017, the US government announced potential interest in DNA storage Forschung, as a part of its national security research branch activities. Many tech giants, including MicrosoftSie zeigen ein starkes Interesse an der DNA als künftigem Datenspeicher. In der Tat, Microsoft und die Universität von Washington arbeiteten zusammen, um "35 verschiedene Dateien (über 200 MB Daten) in mehr als 13 Millionen DNA-Oligonukleotiden" zu speichern, die fehlerfrei wiederhergestellt wurden. Angesichts der sich abzeichnenden Datenspeicherkrise kann die DNA aus vielen Gründen eine biologische Alternative darstellen.

• Die DNA ist sehr stabil und kann Hunderte von Jahren überdauern.
• Es ist sehr kompakt und benötigt sehr wenig Lagerfläche
• Es ist einfach zu replizieren und Sicherungskopien zu erstellen
• Sie wird als Technologie nicht veraltet sein
• Sie hat eine Informationsspeicherdichte, die jede andere Technologie übertrifft. 1 Gramm der DNA kann 700 Terabyte Daten speichern. Ein paar Kilogramm DNA einen Großteil der weltweiten Energie speichern kann.

Umwandlung digitaler Daten in biologische Daten

Theoretisch ist die Grundlage der Informationsspeicherung in der DNS dem Binärcode grundsätzlich ähnlich, wenn auch nach einem etwas anderen Verfahren. Anstatt wie bei den traditionellen Methoden 0 und 1 zu verwenden, werden die Informationen in der DNA als A, T, G und C (Adenin, Cytosin, Thymin und Guanin) gespeichert. Dies würde so funktionieren, dass wir den Nukleotiden verschiedene binäre Codes zuordnen. Zum Beispiel 00 = A, 01 = C, 10 = T und 11 = G. Nun ist ein Bild normalerweise als eine Reihe von 0en und 1en kodiert; ein Beispiel für den Reihenanfang kann 0011100100 sein. Wenn wir sie in Paare zerlegen - 00 11 10 01 00 - würde dies A-G-T-C-A ergeben. Diese Sequenz wäre die Reihenfolge der Nukleotide zur Bildung eines DNA-Strangs. Sobald die Sequenz bestimmt ist, kann die DNA chemisch synthetisiert, getrocknet und in winzigen Fläschchen gelagert werden, die vor Licht und Feuchtigkeit geschützt sind. Ein einziges Gramm DNA kann bis zu 215 Millionen Gigabyte an Daten speichern.

Die DNA kann mit Hilfe eines DNA-Sequenzierungsverfahrens "zurückgelesen" werden, das in verschiedenen Labors weltweit routinemäßig eingesetzt wird. Dieser Prozess würde eine Buchstabensequenzdatei ergeben, die dann wieder in 0s und 1s dekodiert werden kann, um die ursprünglichen digitalen Daten zu erhalten.

DNA als Instrument zur Datenspeicherung: Aktuelle Hürden

Damit die DNA-Datenspeicherung eine praktische Wahl für die Datenspeicherung ist, muss der gesamte Prozess des Codierens, Schreibens, Lesens und Dekodierens von Informationen automatisiert werden. Die derzeit verwendeten Technologien sind zeitaufwendig und fehleranfällig. Vor allem müssen die Kosten für diese Techniken drastisch sinken, damit die DNA-Datenspeicherung wirtschaftlich rentabel ist.

Mit den derzeitigen DNA-Synthesetechnologien können keine besonders langen DNA-Abschnitte synthetisiert werden; die Grenze liegt bei etwa 20 Byte Daten pro Strang. Die Daten müssten also in Stücke zerlegt, für die Brüche markiert und dann in das DNA-Format umgewandelt werden. Die größeren Hürden sind im System zum Abrufen der Daten zu finden. Wenn ein DNA-Strang "gelesen" wird, wird er dauerhaft vernichtet. Daher wären viele Sicherungskopien unerlässlich. Außerdem müssten bei den derzeitigen Datenabrufsystemen die gesamten Daten in einem Speicherröhrchen gelesen werden. Inzwischen sind neue Zufallszugriff Techniken, die sich am Horizont abzeichnen, lassen erahnen, dass der Abruf einzelner Dateien zu einer realen Möglichkeit wird.

The usability of DNA as a means of data storage is going to be dictated by the advancements made in Biotechnologie and genetic engineering industries. The rate at which the DNA sequencing techniques have advanced would suggest that DNA data storage may become a reality soon. As various technologies slowly turn to bio-mimicry, it is befitting that DNA- the fundamental life storage molecule also serves as our data-bank.

Wenn Sie einen Arzt aufsuchen müssen DNA-Sequenzierungsdaten-Analyst oder eine freiberuflicher BioinformatikerKolabtree hilft Ihnen, aus einer Reihe von Experten zu wählen, je nach Ihren Projektanforderungen. Stellen Sie ein Projekt ein und holen Sie kostenlos Angebote ein.

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