Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un enfoque fundamentalmente nuevo para los sistemas de almacenamiento de datos de ADN, que les da a los usuarios la capacidad de leer o modificar archivos de datos sin destruirlos y hacer que los sistemas sean más fáciles de escalar para un uso práctico.
"La mayoría de los sistemas de almacenamiento de datos de ADN existentes dependen de la reacción en cadena de la polimerasa PCR para acceder a los archivos almacenados, que es muy eficiente para copiar información pero presenta algunos desafíos importantes", dice Albert Keung, co-autor corresponsal de un artículo sobre"Hemos desarrollado un sistema llamado Operaciones dinámicas y almacenamiento de información reutilizable, o DORIS, que no se basa en PCR. Eso nos ha ayudado a abordar algunos de los obstáculos clave que enfrentan la implementación práctica de las tecnologías de almacenamiento de datos de ADN".es profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State.
Los sistemas de almacenamiento de datos de ADN tienen el potencial de mantener órdenes de magnitud más información que los sistemas existentes de tamaño comparable. Sin embargo, las tecnologías existentes han tenido problemas para abordar una variedad de preocupaciones relacionadas con la implementación práctica.
Los sistemas actuales se basan en secuencias de ADN llamadas secuencias de unión de cebador que se agregan a los extremos de las cadenas de ADN que almacenan información. En resumen, la secuencia de ADN de unión a cebador sirve como un nombre de archivo. Cuando desea un archivo dado,recuperas las hebras de ADN que llevan esa secuencia.
Muchas de las barreras prácticas para las tecnologías de almacenamiento de datos de ADN giran en torno al uso de la PCR para recuperar datos almacenados. Los sistemas que dependen de la PCR tienen que aumentar y disminuir drásticamente la temperatura del material genético almacenado para extraer el ADN bicatenarioseparados y revelar la secuencia de unión del cebador. Esto da como resultado que todo el ADN, las secuencias de unión al cebador y las secuencias de almacenamiento de datos, naden libres en una especie de sopa genética. Las tecnologías existentes pueden clasificar la sopa para encontrar, recupere y copie el ADN relevante mediante PCR. Los cambios de temperatura son problemáticos para desarrollar tecnologías prácticas, y la técnica de PCR en sí misma consume gradualmente, o agota, la versión original del archivo que se está recuperando.
DORIS adopta un enfoque diferente. En lugar de utilizar ADN bicatenario como secuencia de unión del cebador, DORIS utiliza un "saliente" que consiste en una cadena sencilla de ADN, como una cola que fluye detrás del ADN bicatenarioque en realidad almacena datos. Mientras que las técnicas tradicionales requerían fluctuaciones de temperatura para abrir el ADN para encontrar las secuencias relevantes de unión al cebador, el uso de un saliente monocatenario significa que DORIS puede encontrar las secuencias apropiadas de unión al cebador sin perturbar las cadenas doblesADN.
"En otras palabras, DORIS puede trabajar a temperatura ambiente, por lo que es mucho más factible desarrollar tecnologías de gestión de datos de ADN que sean viables en escenarios del mundo real", dice James Tuck, co-autor corresponsal del artículo y profesor deIngeniería eléctrica e informática en NC State.
El otro beneficio de no tener que desgarrar las cadenas de ADN es que la secuencia de ADN en el saliente puede ser la misma que una secuencia que se encuentra en la región de doble cadena del archivo de datos en sí. Eso es difícil de lograr en PCRsistemas sin sacrificar la densidad de información, porque el sistema no podría diferenciar entre secuencias de unión de cebadores y secuencias de almacenamiento de datos.
"DORIS nos permite aumentar significativamente la densidad de información del sistema y también facilita la ampliación para manejar bases de datos realmente grandes", dice Kevin Lin, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en NC State.
Y una vez que DORIS ha identificado la secuencia de ADN correcta, no depende de la PCR para hacer copias. En su lugar, DORIS transcribe el ADN en ARN, que luego se transcribe de nuevo en el ADN que el sistema de almacenamiento de datos puede leer.En otras palabras, DORIS no tiene que consumir el archivo original para leerlo.
Los voladizos monocatenarios también se pueden modificar, lo que permite a los usuarios cambiar el nombre de los archivos, eliminarlos o "bloquearlos", haciéndolos invisibles para otros usuarios.
"Hemos desarrollado un prototipo funcional de DORIS, por lo que sabemos que funciona", dice Keung. "Ahora estamos interesados en ampliarlo, acelerarlo y ponerlo en un dispositivo que automatice el proceso de creaciónes fácil de usar "
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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