Geïntegreerde informatieopslagtechnologie voor het schrijven van grote hoeveelheden digitale informatie in DNA met behulp van een enzymgestuurde, duurzame, goedkope aanpak
Het genetische materiaal DNA heeft veel belangstelling gewekt als medium voor de opslag van digitale informatie, omdat de dichtheid en duurzaamheid ervan superieur zijn aan die van de bestaande op silicium gebaseerde opslagmedia. DNA heeft bijvoorbeeld een dichtheid die ten minste 1000 keer groter is dan die van de meest compacte solid-state harde schijf en een duurzaamheid die ten minste 300 keer groter is dan die van de meest stabiele magnetische tapes. Bovendien biedt de vierletterige nucleotidecode van DNA een geschikte codeeromgeving die kan worden gebruikt zoals de binaire digitale code die door computers en andere elektronische apparaten wordt gebruikt om elke letter, cijfer of ander teken weer te geven.
Ondanks deze voordelen is DNA nog geen wijdverbreid informatie-opslagmedium geworden omdat de kosten van het chemisch synthetiseren van DNA nog steeds onbetaalbaar hoog zijn met $3.500 per 1 megabyte aan informatie. Om deze beperking te helpen overwinnen heeft onderzoek aan het Wyss-instituut onder leiding van Henry Hung-Yi Lee, Ph.D., in een samenwerkingsproject onder leiding van kernfaculteitslid George Church, Ph.D., en stichtingsdirecteur Donald Ingber, M.D., Ph.D., nieuwe, op enzymen gebaseerde benaderingen ontwikkeld waarmee DNA eenvoudiger en sneller kan worden geschreven dan met traditionele chemische technieken. Deze benaderingen zouden ook veel langere DNA-strengen kunnen produceren terwijl ze minder toxisch voor het milieu zijn. Belangrijk is dat deze aanpak naar verwachting de kosten van DNA-synthese in de toekomst met vele ordes van grootte zal verlagen.
Om hun aanpak op te schalen, ontwikkelt het team een geïntegreerd apparaat voor de opslag van DNA-informatie waarin programmeerbare enzymatische DNA-synthese kan worden bereikt op een sterk gemultiplexte manier. In de biologie en in-vitro-biochemie wordt een nieuwe DNA-streng gesynthetiseerd door een reeds bestaande sjabloonstreng te kopiëren met enzymen die bekend staan als DNA-polymerasen. Voor de nieuwe synthese van DNA maakt het Wyss-instituut echter gebruik van een template-onafhankelijke DNA-polymerase en regelt het zijn activiteit – welke van de vier nucleotide-letters moet worden toegevoegd bij elke stap van de synthese van de DNA-streng – elektronisch. Op schaal zal dit opslagapparaat een sterk geparallelliseerd syntheseproces opleveren dat geschikt is om de exponentieel groeiende hoeveelheid digitale informatie in DNA op te slaan.