Il DNA come mezzo di archiviazione dei dati: sfide e sviluppi
• Il potenziale del DNA come mezzo di archiviazione dei dati
• La struttura del DNA e la sua capacità di codificare le informazioni
• Sfide nell’archiviazione dei dati in DNA
• Sviluppi innovativi nella tecnologia dei chip di DNA
• Lo sviluppo di chip di DNA al JMU Biocentre
• Migliorare ulteriormente i mezzi di archiviazione dei dati in DNA
Il DNA, noto per la sua capacità di conservare enormi quantità di informazioni in uno spazio incredibilmente piccolo e per lunghi periodi di tempo, è al centro dell’attenzione dei ricercatori per il suo potenziale come mezzo di archiviazione dei dati. Da oltre un decennio, gli scienziati stanno cercando di sviluppare chip di DNA per la tecnologia informatica, in particolare per l’archiviazione a lungo termine dei dati. Questi chip sarebbero superiori ai tradizionali chip a base di silicio in termini di densità di archiviazione, longevità e sostenibilità.
Il potenziale del DNA come mezzo di archiviazione dei dati
La struttura del DNA e la sua capacità di codificare le informazioni
Un filamento di DNA è composto da quattro blocchi di costruzione di base ricorrenti. Una specifica sequenza di questi blocchi può essere utilizzata per codificare le informazioni, proprio come fa la natura. Per costruire un chip di DNA, il DNA codificato corrispondentemente deve essere sintetizzato e stabilizzato. Se questo processo funziona bene, l’informazione viene conservata per un tempo molto lungo – gli ricercatori ipotizzano diversi migliaia di anni. Le informazioni possono essere recuperate leggendo e decodificando automaticamente la sequenza dei quattro blocchi di costruzione di base.
Sfide nell’archiviazione dei dati in DNA
Nonostante il DNA abbia dimostrato di essere un mezzo di archiviazione dei dati con alta capacità e una lunga durata, ci sono ancora delle sfide da superare. Il costo di archiviazione è elevato, vicino a 400.000 dollari USA per megabyte, e le informazioni memorizzate nel DNA possono essere recuperate solo lentamente. Ci vogliono ore o giorni, a seconda della quantità di dati. Per rendere l’archiviazione dei dati in DNA più applicabile e commercializzabile, sono necessari strumenti adatti, come enzimi controllati dalla luce e software di progettazione di reti proteiche.
Sviluppi innovativi nella tecnologia dei chip di DNA
Lo sviluppo di chip di DNA al JMU Biocentre
Al JMU Biocentre, il team del professor Thomas Dandekar sta sviluppando chip di DNA realizzati con nanocellulosa semiconduttrice prodotta da batteri. Questi chip potrebbero sostituire parzialmente l’attuale elettronica e la tecnologia informatica con componenti biologici molecolari, raggiungendo sostenibilità, piena riciclabilità e alta robustezza, anche contro impulsi elettromagnetici o interruzioni di corrente. Inoltre, potrebbero raggiungere una densità di archiviazione elevata, fino a un miliardo di gigabyte per grammo di DNA.
Migliorare ulteriormente i mezzi di archiviazione dei dati in DNA
Il team di Dandekar sta attualmente lavorando per combinare ancora meglio i chip di DNA realizzati con nanocellulosa semiconduttrice con gli enzimi designer che hanno sviluppato. Gli enzimi stessi devono essere ulteriormente migliorati. In questo modo, il team spera di ottenere un controllo sempre migliore del mezzo di archiviazione dei dati in DNA e di essere in grado di memorizzare ancora di più su di esso, ma anche di risparmiare sui costi e quindi di abilitare passo dopo passo l’uso pratico come mezzo di archiviazione nella vita quotidiana.
Il lavoro descritto è finanziato dalla Fondazione Tedesca per la Ricerca (DFG) e dallo Stato Libero di Baviera. Partner di cooperazione importanti sono Sergey Shityakov, professore presso la State University of Information Technologies, Mechanics and Optics (ITMO) a San Pietroburgo, Daniel Lopez, PhD, dall’Universidad Autonoma de Madrid, e il Dr. Günter Roth, Università di Friburgo e BioCopy GmbH (Emmendingen).