L'ascesa dell'archiviazione dei dati del DNA

Assumere un analista freelance di dati di sequenziamento del DNA può essere una soluzione conveniente se avete bisogno di consultare un esperto qualificato, su richiesta.

Con l'archiviazione dei dati sul DNA che presto diventerà una realtà, ci sarà un giorno in cui scaricheremo e memorizzeremo file sulle informazioni genetiche? Quali sono le sfide e le opportunità? Maya Raghunandan, dottorato in Biochimica e Biologia molecolare e Kolabtree scienziato freelance, fornisce una panoramica. 

Ogni giorno usiamo la tecnologia digitale. Scattiamo foto, chattiamo, scarichiamo documenti, guardiamo un video e così via. Una pletora di informazioni è accessibile a portata di mano grazie ai dati memorizzati digitalmente; come array di 0 e 1 su numerosi hard disk con chip in silicone e nastri magnetici. L'esplosione di dati in corso sta già spingendo i limiti delle capacità di memorizzazione e si prevede che supererà l'infrastruttura disponibile. Entro il 2040Il diluvio di dati può richiedere 10-100 volte più silicio per microchip di quello che è disponibile. Questo problema ha portato i ricercatori di tutto il mondo a trovare una svolta nei mezzi alternativi di archiviazione dei dati.

Il DNA come strumento di archiviazione dei dati: Pro

Fortunatamente, madre natura ci fornisce una soluzione sotto forma di informazioni genetiche che codificano il DNA. Questa idea ha guadagnato trazione nel 2012, quando i ricercatori di Harvard ha codificato un libro di 52.000 parole in migliaia di filamenti di DNA. Successivamente, molti altri ricercatori hanno convalidato e ulteriormente avanzato l'approccio utilizzato per scrivere dati digitali sul DNA e recuperarli. Alcuni esempi importanti includono i ricercatori di Università di Columbia, Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, Università di Washington, Istituto Europeo di Bioinformatica e ETH Zurigo. Nel 2017, il governo degli Stati Uniti ha annunciato un potenziale interesse per la ricerca sull'archiviazione del DNA, come parte delle sue attività del ramo di ricerca sulla sicurezza nazionale. Molti giganti della tecnologia, tra cui Microsoft, stanno mostrando un vivo interesse nel perseguire il DNA come futura banca dati. Infatti, Microsoft e Università di Washington hanno collaborato per memorizzare "35 file distinti (oltre 200 MB di dati), in più di 13 milioni di oligonucleotidi di DNA" che è stato recuperato senza errori. Mentre la crisi dell'archiviazione dei dati incombe su di noi, il DNA può offrire un'alternativa biologica per molte ragioni.

• Il DNA è molto stabile e può durare stabilmente per 100 anni
• È molto compatto e richiede molto meno spazio di stoccaggio
• È facile da replicare e creare back up
• Non diventerà obsoleto come tecnologia
• Ha una densità di immagazzinamento di informazioni che supera qualsiasi altra tecnologia. 1 grammo di DNA può immagazzinare 700 terabyte di dati. Alcuni chilogrammi di DNA può immagazzinare la maggior parte del mondo in questo momento.

Conversione di dati digitali in dati biologici

Teoricamente, la base della memorizzazione delle informazioni nel DNA è fondamentalmente simile al codice binario, anche se segue un processo leggermente diverso. Invece di usare 0 e 1 nei metodi tradizionali, l'informazione nel DNA è registrata come A, T, G e C (adenina, citosina, timina e guanina). Il modo in cui funzionerebbe è che assegniamo diversi codici binari ai nucleotidi. Per esempio, 00 = A, 01 = C, 10 = T e 11 = G. Ora, un'immagine è normalmente codificata come una serie di 0 e 1; un esempio di inizio serie può essere 0011100100. Se li spezziamo in coppie-00 11 10 01 00 -- si tradurrebbe in A-G-T-C-A. Questa sequenza sarebbe l'ordine dei nucleotidi per formare un filamento di DNA. Una volta determinata la sequenza, il DNA può essere sintetizzato chimicamente, essiccato e conservato in piccole fiale al riparo dalla luce e dall'umidità. Un singolo grammo di DNA può immagazzinare fino a 215 milioni di gigabyte di dati.

Il DNA può essere "riletto" usando un approccio di sequenziamento del DNA, usato di routine in vari laboratori in tutto il mondo. Questo processo produrrebbe un file di sequenza di lettere che può poi essere decodificato in 0 e 1 di nuovo, per ottenere i dati digitali originali.

Il DNA come strumento di archiviazione dei dati: Ostacoli attuali

Affinché l'archiviazione dei dati del DNA sia una scelta pratica di archiviazione dei dati, l'intero processo di codifica-scrittura-lettura e decodifica delle informazioni deve essere automatizzato. Le attuali tecnologie utilizzate richiedono molto tempo e sono soggette a errori. Soprattutto, i costi alla base di queste tecniche devono scendere drasticamente, perché l'archiviazione dei dati del DNA sia economicamente fattibile.

Le attuali tecnologie di sintesi del DNA non possono sintetizzare tratti particolarmente lunghi di DNA; il limite è di circa 20 byte di dati per filamento. Così, i dati avrebbero bisogno di essere suddivisi in pezzi, contrassegnati per le interruzioni, e poi convertiti in formato DNA. Gli ostacoli maggiori si trovano nel sistema di recupero dei dati. La lettura del filamento di DNA "letto" lo distrugge in modo permanente. Quindi, avere molte copie di backup sarebbe essenziale. Inoltre, gli attuali sistemi di recupero dei dati richiederebbero la lettura di tutti i dati presenti in una fiala di stoccaggio. Nel frattempo, i nuovi accesso casuale all'orizzonte, fanno presagire che i recuperi di file individuali saranno una possibilità reale.

The usability of DNA as a means of data storage is going to be dictated by the advancements made in biotecnologia 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.

Se avete bisogno di consultare un Analista dei dati di sequenziamento del DNA o un bioinformatico freelanceKolabtree ti aiuta a scegliere tra una serie di esperti a seconda delle esigenze del tuo progetto. Pubblica un progetto e ottieni preventivi gratuitamente.

Esperti correlati: 

Esperto di CRISPR | Genetica vegetale | Biologia dello sviluppo | Terapia genica | Cellule staminali |
Analisi dei dati di sequenziamento del DNA |Genetica animale | Interazioni tra farmaci | Genetica e genomica