ナノテクノロジー：DNAデータストレージの効率化
Nature
DNAへのデータ書き込みの速度と費用対効果を高める可能性のある、DNAベースのデータ保存の新しい手法を報告する論文が、Natureに掲載される。その手法のデモンストレーションでは、DNAに保存された中国の拓本（16,833ビット）の画像とパンダの写真（252,504ビット）が正確に印刷され、読み取られたことが示された。この技術は、持続可能で高密度のデータ保存技術に対する高まる需要に、拡張可能な解決策を提供できる可能性を秘めている。
データストレージに対する需要の高まりにより、従来のシリコンベースの素材では対応が難しくなり、新たなストレージソリューションの模索が進められている。DNAは、その驚異的な記憶密度と耐久性により、有望なストレージ媒体としての可能性を示している。しかし、DNAデータストレージに対する従来の手法は、DNA配列をゼロから合成する（de novo）というプロセスに依存しており、時間がかかり、コストも高く、エラーが発生しやすい。
DNAのエピジェネティックな修飾である自然発生のメチル化から着想を得て、Hao Yanらは、ユニバーサルDNAテンプレート中の塩基を選択的にメチル化してデータをエンコードする、合成を必要としない方法を提示している。このいわゆるエピビットは、従来のビットに類似しており、塩基がメチル化されているか否かに対応する2つのバイナリー値（0または1）の1つとして情報を格納する。著者らは、1回の反応につき350ビットの書き込み出力を報告しており、これはDNAのde novo合成に依存するデータ保存システムの1反応あたり約1ビットの処理能力をはるかに上回る。
この方法は、画像やテキストの保存にも使用できる。さらに、著者らは、バイオラボでの専門的な経験のない60人のボランティアが、この方法でテキストデータのエンコードに成功したと報告しており、その信頼性と実用性を実証している。
Zhang, C., Wu, R., Sun, F. et al. Parallel molecular data storage by printing epigenetic bits on DNA. Nature 634, 824–832 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08040-5
A new method for DNA-based data storage that may enhance the speed and cost-effectiveness of writing data into DNA is described in Nature this week. In a demonstration of the approach, an image of a Chinese rubbing (16,833 bits) and a photo of a panda (252,504 bits) stored in DNA are shown to be printed and retrieved accurately. The technique has the potential to offer a scalable solution to the growing demand for sustainable and high-density data storage technologies.
Increasing demands for data storage have driven the search for new storage solutions as conventional silicon-based materials struggle to keep up. DNA has shown potential as a promising medium for storage, owing to its extraordinary storage density and durability. However, traditional approaches to DNA data storage rely on synthesizing DNA sequences from scratch (de novo), a process that is time-consuming, expensive and prone to errors.
Taking inspiration from naturally occurring methylation — the epigenetic modification of DNA — Hao Yan and colleagues present a synthesis-free method that uses selective methylation of bases in a universal DNA template to encode data. These so-called epi-bits are analogous to conventional bits, storing information as one of two binary values (0 or 1) corresponding to whether the base is methylated or not. The authors report a writing output of 350 bits per reaction, far surpassing the approximately 1 bit per reaction throughput of data-storage systems that depend on the de novo synthesis of DNA.
The method can be used to store images and text. In addition, the authors report that 60 volunteers lacking professional biolab experience were able to successfully encode text data using the approach, demonstrating its reliability and usability.
doi: 10.1038/s41586-024-08040-5
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