В фильме "Парк Юрского периода" ученые извлекли ДНК, сохранившуюся в янтаре миллионы лет, и использовали её для создания популяции вымерших динозавров. Вдохновленные этим фильмом, исследователи Массачусетского технологического института разработали стеклянный полимер, похожий на янтарь, который можно использовать для длительного хранения ДНК, включая целые геномы человека или цифровые файлы, такие как фотографии.
Современные методы хранения ДНК требуют низких температур и значительных затрат энергии, что делает их неосуществимыми во многих регионах. В отличие от них, новый янтарноподобный полимер позволяет хранить ДНК при комнатной температуре, защищая её от повреждений, вызванных теплом или влагой.
Исследователи продемонстрировали, что этот полимер способен хранить последовательности ДНК, кодирующие музыкальную тему из "Парка Юрского периода", а также полный геном человека. Они также показали, что ДНК можно легко извлечь из полимера без повреждений.
ДНК, как очень стабильная молекула, идеально подходит для хранения большого объема информации, включая цифровые данные. Цифровые системы хранения кодируют текст, фотографии и другую информацию как последовательность нулей и единиц. Эти же данные можно закодировать в ДНК с помощью четырёх нуклеотидов: A, T, G и C. ДНК предлагает способ хранения цифровой информации с высокой плотностью: теоретически кофейная кружка, заполненная ДНК, могла бы хранить все мировые данные.
В 2021 году Банал и его научный руководитель Марк Бате разработали способ хранения ДНК в частицах кремния с метками, указывающими на содержимое. Этот проект стал основой для компании Cache DNA. Однако этот метод имеет недостатки: внедрение ДНК в частицы кремния занимает несколько дней, а для её извлечения требуется плавиковая кислота, что может быть опасно.
Для этого проекта исследователи создали термореактивный полимер из стирола и сшивающего агента, образующего гидрофобный материал, защищающий ДНК от влаги. Мономеры стирола и сшивающие агенты были сополимеризованы с тионолактонами, которые можно разорвать молекулой цистеамина.
Так как стирол гидрофобен, исследователи разработали способ вовлечения гидрофильной ДНК в стирол. Они подобрали комбинацию мономеров, образующих полимеры, которые растворяют ДНК и помогают ей взаимодействовать со стиролом, формируя сферические комплексы. При нагревании смесь превращается в твёрдый стеклообразный блок, содержащий комплексы ДНК.
Метод получил название T-REX (Thermoset-REinforced Xeropreservation). Процесс внедрения ДНК в полимерную сеть занимает несколько часов, но его можно оптимизировать. Для извлечения ДНК добавляют цистеамин, который разрушает полимер, и моющее средство SDS, которое удаляет ДНК без повреждений.
Исследователи показали, что полимер может инкапсулировать ДНК разной длины, от десятков нуклеотидов до целого генома человека. Им удалось сохранить ДНК, кодирующую Прокламацию об освобождении рабов и логотип MIT, а также музыкальную тему из "Парка Юрского периода". После извлечения и секвенирования ДНК ошибок не обнаружили, что является важнейшей характеристикой любой системы хранения цифровых данных.
Термореактивный полимер также защищает ДНК при температуре до 75 градусов по Цельсию. Сейчас исследователи работают над оптимизацией процесса изготовления полимеров и создания капсул для длительного хранения.
