Data in dna opslaan

Het is een groep Amerikaanse wetenschappers gelukt om een filmpje in te bouwen in het dna van levende bacteriën. De onderzoekers konden het plaatje ook weer aflezen.

Dna wordt gezien als een zeer veelbelovend middel voor digitale dataopslag. Informatie opgeslagen in dna blijft onder de juiste condities namelijk heel lang intact. De genetische informatie van honderdduizenden jaren oude fossielen is soms nog af te lezen. Op cd’s en harde schrijven blijven gegevens slechts enkele tientallen jaren intact. Bovendien bestaan de apparaten die nodig zijn om deze informatiedragers af te lezen over honderd jaar niet meer. Dat terwijl zolang er onderzoek naar dna wordt gedaan de informatie kan worden afgelezen. Bovendien is dna heel compact. Eerder dit jaar ontdekten onderzoekers een manier waarmee je in een gram dna 215 petabyte (215 miljoen gigabyte) kunt opslaan.

21 tinten grijs

Al met al kan dna een antwoord bieden op de al maar groeiende vraag naar dataopslag. Een van de pioniers in het onderzoek dat dit mogelijk moet maken, is de beroemde Amerikaanse geneticus George Church van de Harvard University. In eerder onderzoek stopte hij al een computerprogramma, een plaatje en een tekst in dna. Nu is het hem gelukt om een GIF filmpje op te slaan in het dna van levende E. coli bacteriën. Hij publiceert zijn bevinding in het nieuwste nummer van Nature.

Waar bij digitale opslag op bijvoorbeeld een harde schijf of cd de oriëntatie van een magneet het verschil tussen nul en één bepaalt, schrijven Church en collega’s met A, T, C en G, de bouwstenen van het dna. In deze laatste studie koppelen ze verschillende combinaties van drie van deze nucleotiden aan 21 tinten grijs. Op deze manier kunnen ze de kleur van pixels beschrijven met genetische code.

Pixelpaard

Dna intact houden

Church en collega’s vertaalden vijf opeenvolgende plaatjes van een rennend paard met een afmeting 36 bij 26 pixels in genetische code van 2,6 kilobyte. In verschillende stappen bouwden ze met behulp van de CRISPR-techniek dit in het genoom van E. coli bacteriën in. Vervolgens lieten ze de bacteriën delen. Door de volgorde van het dna van verschillende bacteriën te bepalen, konden de onderzoekers de plaatjes van het rennende paard uit het bacterie dna aflezen.

Het resultaat lijkt sprekend. 90 procent van de pixels van de afgelezen plaatjes heeft de juiste kleur. Church en collega’s laten hiermee zien dat het mogelijk is om grotere hoeveelheden data in levende cellen op te slaan. Want hoewel de plaatjes nog pixelig zijn en dna schrijven en lezen nu nog een prijzige bezigheid is, zal dit in de nabije toekomst alleen maar sneller en goedkoper gaan. Het grote voordeel van dataopslag in levende cellen is dat ze alles in huis hebben om hun eigen en daarmee het opgeslagen dna intact te houden.

Seth Shipman et al. CRISPR – Cas encoding of a digital movie into the genomes of a population of living bacteria. Nature, 12 juli 2017.