L’era dell’informazione necessita di archivi sempre più capienti. Con un alfabeto molecolare espanso il DNA potrebbe adattarsi a questo scopo.

 

 

 

‎Vi siete mai chiesti dove è immagazzinato il film che state vedendo in streaming o la musica archiviata nei cloud? Non sta per davvero sulle nuvole, ovviamente, ma ha bisogno di un supporto fisico per essere poi distribuito sui dispositivi degli utenti.

E c’è sempre più bisogno di spazio per salvare l’immensa quantità di dati che la moderna società dell’informazione produce ogni secondo. Quindi si cercano supporti fisici sempre più capienti per contenere questa smisurata mole di bit. Il DNA è ideale per la memorizzazione di file e tutti i tipi di altri media.‎

‎”Il DNA è il sistema di archiviazione dei dati originale della natura. Possiamo usarlo per memorizzare qualsiasi tipo di dato: immagini, video, musica – qualsiasi cosa “, ha detto Kasra Tabatabaei, ricercatrice presso il Beckman Institute for Advanced Science and Technology e coautrice di questo studio.‎

‎L’espansione della composizione molecolare del DNA e lo sviluppo di un nuovo metodo di sequenziamento preciso hanno permesso a un team multi-istituzionale di trasformare la doppia elica in una piattaforma di archiviazione dati robusta e sostenibile, scrivono su ‎‎Nano Letters‎‎ del febbraio 2022.‎

‎Nell’era dell’informazione digitale l’archivio globale diventa sempre più pesante di giorno in giorno. Sempre più spesso, i file cartacei vengono digitalizzati per risparmiare spazio e proteggere le informazioni dai disastri naturali.‎

‎Dagli scienziati agli influencer dei social media, chiunque abbia informazioni da archiviare trarrebbe vantaggio da una cassetta di sicurezza dei dati sicura e sostenibile e la doppia elica fa proprio al caso.‎

‎”Il DNA è una delle migliori opzioni, se non la migliore opzione, per memorizzare in particolare i dati di archivio”, ha detto Chao Pan, uno studente laureato presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champaign e coautore di questo studio.‎

‎La sua longevità è nota: il DNA è progettato per resistere alle condizioni più difficili della Terra – a volte per decine di migliaia di anni – e rimanere una valida fonte di dati. Gli scienziati possono sequenziare filamenti fossilizzati per scoprire storie genetiche perdute da tempo.‎

‎Nonostante la sua statura minuscola, il DNA è più grande all’interno di quanto sembri.‎

‎”Ogni giorno, diversi petabyte di dati vengono generati su Internet. Solo un grammo di DNA sarebbe sufficiente per memorizzare tali dati. Ecco quanto è denso il DNA come mezzo di memorizzazione “, ha detto Tabatabaei, che è anche uno studente di dottorato del quinto anno.‎

‎Un altro aspetto importante del DNA è la sua naturale abbondanza e rinnovabilità quasi infinita, un tratto non condiviso dal più avanzato sistema di archiviazione dei dati oggi sul mercato: i microchip di silicio, che spesso circolano per pochi decenni prima di una sepoltura senza cerimonie in un mucchio di rifiuti elettronici in discarica.‎

‎”In un momento in cui ci troviamo di fronte a sfide climatiche senza precedenti, l’importanza delle tecnologie di stoccaggio sostenibili non può essere sottovalutata. Stanno emergendo nuove tecnologie verdi per la registrazione del DNA che renderanno l’archiviazione molecolare ancora più importante in futuro”, ha affermato Olgica Milenkovic, Franklin W. Woeltge Professor of Electrical and Computer Engineering e co-PI dello studio.‎

‎‎In natura, ogni filamento di DNA contiene quattro sostanze chimiche – adenina, guanina, citosina e timina – spesso indicate con le iniziali A, G, C e T. Si dispongono e si riorganizzano lungo la doppia elica in combinazioni che gli scienziati possono decodificare, o sequenziare.‎

‎I ricercatori hanno ampliato la già ampia capacità del DNA per l’archiviazione delle informazioni aggiungendo sette nucleobasi sintetiche alla linea esistente di quattro lettere.‎

‎”Immaginate l’alfabeto. Se avesse solo quattro lettere non si potrebbero creare così tante parole. Lo stesso vale per il DNA. Invece di convertire zeri e uno in A, G, C e T, possiamo convertire zeri e uno in A, G, C, T e le sette nuove lettere nell’alfabeto di archiviazione “, ha detto Tabatabaei.‎

‎Il team è il primo a utilizzare nucleotidi chimicamente modificati per l’archiviazione delle informazioni nel DNA. Ma non tutta la tecnologia attuale è in grado di interpretare filamenti di DNA chimicamente modificati. Per risolvere questo problema, hanno combinato l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale per sviluppare un metodo di elaborazione della lettura della sequenza di DNA unico nel suo genere.‎

‎La loro soluzione può discernere le sostanze chimiche modificate da quelle naturali e differenziare ciascuna delle sette nuove molecole l’una dall’altra.‎

‎”Abbiamo provato 77 diverse combinazioni degli 11 nucleotidi e il nostro metodo è stato in grado di differenziare perfettamente ciascuno di essi”, ha detto Pan. “Il framework di deep learning come parte del nostro metodo per identificare diversi nucleotidi è universale, il che consente la generalizzabilità del nostro approccio a molte altre applicazioni”.‎

‎Questa traduzione perfetta per le lettere viene fornita per gentile concessione dei nanopori: proteine con un’apertura nel mezzo attraverso la quale un filamento di DNA può facilmente passare. Sorprendentemente, il team ha scoperto che i nanopori possono rilevare e distinguere ogni singola unità monomerica lungo il filamento di DNA, indipendentemente dal fatto che le unità abbiano origini naturali o chimiche.‎

‎”Questo lavoro fornisce un’entusiasmante dimostrazione di principio dell’estensione dell’archiviazione dei dati macromolecolari alle sostanze chimiche non naturali, che hanno il potenziale per aumentare drasticamente la densità di archiviazione nei supporti di memorizzazione non tradizionali”, ha affermato Charles Schroeder, James Economy Professor of Materials Science and Engineering e co-PI su questo studio.‎

‎Il DNA ha letteralmente fatto la storia memorizzando informazioni genetiche. Secondo questo studio, il futuro dell’archiviazione dei dati sarà altrettanto a doppia elica.‎

Foto crediti: Envato Elelents (ove non diversamente specificato)

Riproduzione riservata (c)

.