遗传分子DNA可以在非常小的空间内长时间存储大量信息。因此，十年来，科学家们一直在追求开发用于计算机技术的DNA芯片的目标，例如用于数据的长期存档。这种芯片在存储密度、寿命和可持续性方面将优于传统的硅基芯片。
在DNA链中发现了四个重复出现的基本构建块。这些块的特定序列可用于编码信息，就像自然界一样。为了构建DNA芯片，必须合成和稳定相应编码的DNA。如果效果很好，这些信息可以保存很长时间，研究人员假设有几千年。
需要克服哪些挑战
维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学生物信息学系主任托马斯·丹德卡尔教授表示：“近年来，高容量、长寿命的数字DNA数据存储是可行的。但存储成本很高，每兆字节接近40万美元，存储在DNA中的信息只能缓慢检索。这需要数小时到数天的时间，具体取决于数据量。”
必须克服这些挑战，使DNA数据存储更具适用性和市场性。合适的工具是光控酶和蛋白质网络设计软件。Thomas Dandekar和他的主席团队成员Aman Akash和Elena Bencurova在最近发表在《生物技术趋势》杂志上的一篇评论中讨论了这个问题。
Dandekar的团队相信DNA作为数据存储有前途。在杂志中，JMU研究人员展示了分子生物学，纳米技术，新型聚合物，电子学和自动化的结合，再加上系统开发，可以在几年内使DNA数据存储在日常使用中有用。
纳米纤维素制成的DNA芯片
在JMU生物中心，Dandekar的团队正在开发由半导体、细菌生产的纳米纤维素制成的DNA芯片。这位教授说：“通过我们的概念验证，我们可以展示当前的电子和计算机技术是如何被分子生物组件部分取代的。”通过这种方式，即使在电磁脉冲或电源故障的情况下，也可以实现可持续性、完全可回收性和高鲁棒性，而且还可以实现每克 DNA 高达 10 亿 GB 的高存储密度。
托马斯·丹德卡（Thomas Dandekar）认为DNA芯片的发展具有高度的相关性：“只有我们跨越到这种将分子生物学、电子学和新聚合物技术相结合的新型可持续计算机技术中，我们才能作为一个文明长期存在。”
他说，对人类来说，重要的是走向与地球边界和环境和谐相处的循环经济。“我们需要在20到30年内实现这一目标。芯片技术就是一个重要的例子，但在没有电子垃圾和环境污染的情况下生产芯片的可持续技术尚未成熟。我们的纳米纤维素芯片概念对此做出了宝贵贡献。在这篇新论文中，我们批判性地审视了我们的概念，并通过当前的研究创新进一步推进了这一概念。”
进一步改进DNA存储介质
Dandekar的团队目前正在努力将半导体纳米纤维素制成的DNA芯片与他们开发的设计师酶更好地结合起来。酶也需要进一步改进。“通过这种方式，我们希望实现对DNA存储介质的更好控制，并能够在其上存储更多，同时节省成本，从而逐步实现日常生活中作为存储介质的实际使用。
所描述的工作得到了德国研究基金会（DFG）和巴伐利亚自由州的资助。重要的合作伙伴是圣彼得堡国立信息技术、机械和光学大学（ITMO）教授谢尔盖·希蒂亚科夫、马德里自治大学的丹尼尔·洛佩兹博士以及弗莱堡大学和BioCopy GmbH（埃门丁根）的君特·罗斯博士。
