Bacteriën als opslagmedium voor waardevolle informatie

New Scientist weet te melden dat onderzoekers erin geslaagd zijn om bacteriën als opslagmedium te gebruiken. Een bepaalde boodschap werd hiertoe gecodeerd in kunstmatig DNA-materiaal en daarna ingebracht in het genoom van de bacteriën E. coli en Deinococcus radiodurans. Via speciale schildwachtcoderingen aan het begin en het eind van de boodschap wordt ervoor gezorgd dat de bacterie het nieuwe stuk DNA niet als virus ziet. Hierdoor wordt de code beschermd, en zal deze zelfs na honderd generaties nog in de exacte beginvorm teruggevonden kunnen worden. Bij vermenigvuldiging wordt het kunstmatige DNA namelijk als eigen materiaal gezien, zodat het gewoon meegekopieerd wordt.

Het idee is dat deze bacteriën veel beter tegen extreme omstandigheden kunnen, en daardoor in geval van allerlei rampen toch nog informatie kunnen bewaren, terwijl traditionele opslagmedia zoals papier en computers allang stukgegaan zouden zijn. De levende notitieblaadjes zijn goedkoop en goed voor de lange termijn, zodat het een uitvinding met toekomst lijkt te zijn. In een milliliter vloeistof kunnen zich al een miljard bacteriën bevinden, zodat de capaciteit van een hierop gebaseerd opslagsysteem enorm groot is. Problematisch is nog dat sommige bacteriën beter zullen kunnen overleven dan andere, zodat er in een bak met bacteriën voor verschillende boodschappen wellicht na een tijdje enkele boodschappen verdwijnen. Dit zal uiteraard echter verder onderzocht worden, om deze methode tot een succes te maken:

Deinococcus is adapted to survive in extreme conditions and is consequently very good at repairing any mutations that spontaneously arise in its DNA code. But Huw Williams, a bacteriologist at Imperial College, London, says that the small size of the inserted messages makes it no surprise that they survive 100 generations intact.

Williams thinks a greater danger than mutations changing the message is that they could make some bugs better adapted to their environment than others. So far, Wong and colleagues have kept the different message colonies separate, but in future they aim to retrieve messages from a mixed colony. "If you grow the colonies indefinitely, less well-adapted bacteria may be lost over time," he says. "The question is whether you will be able to retain all your message populations. But this is intriguing work and very forward looking."

Reacties (159)

Ik vraag me wel af hoe ze die boodschap erin gecodeerd hebben. Als je het als opslag medium wilt gebruiken, zal je ook een betrekkelijk eenvoudige, betaalbare lees- en schrijfmethode tot je beschikking moeten hebben.

Ik heb in een grijs verleden diergeneeskunde gestudeerd en ik kan me nog wel wat practica herinneren waar we hebben lopen sleutelen met DNA.
Wat ik mij ervan herinner is dat het allemaal vrij makkelijk was (studenten met kater hadden er geen probleem mee) en relatief goedkoop.
Je kon strengen maken en met behulp van enzymen in het DNA van de bacterie plakken, en met behulp van electroforese kon je de DNA structuren ook achterhalen.
Ik herinner mij ook dat er tijdens het HUGO project (Human GenOme) een nieuwe methode gevonden was om heel makkelijk de sequentie af te lezen. Het was alleen wat traag.

Het lijkt mij meer opslag voor data die niet vaak veranderen, zoals geschiedenis en wetten.

Nieuw hoofdstuk? nieuwe bacteriestam kweken.

Inderdaad. Het is mij niet helemaal duidelijk hoe ze deze informatie denken te adresseren.

Ach, gewoon hard schreeuwen en goed luisteren. Eitje

En de mutaties dan die eventueel kunnen optreden

Er kan toch tijdens de replicatie wegens externe factoren ofzo een probleem zijn bij de duplicatie van dat stukje dna!

De gebruikte bacteriën zijn daar heel goed tegen bestand:

Deinococcus is adapted to survive in extreme conditions and is consequently very good at repairing any mutations that spontaneously arise in its DNA code.

Dat kan wel zijn, maar bij het overschrijven van het DNA kan er nogal wat fout gaan. Natuurlijk is dit een soort die tegen vanalles bestand is, maar volgens mij zijn er nog geen bacteriën die bestand zijn tegen de invloeden van radioactiviteit(!) én UV-licht én hele lage druk. Er zijn al veel experimenten gedaan met bacteriën, ook in de ruimte, maar er kan natuurlijk altijd wat fout gaan. Een zip-file doet 't niet meer als er 1 byte ontbreekt... beetje vervelend als je 't dan net als zip op die bacterie hebt opgeslagen...

Maar goed, niet te pessimistisch worden: het is natuurlijk gewoon wel waar dat bacteriën een hoop kunnen hebben, meer dan de gemiddelde harde schijf. Ben benieuwd wat dit gaat worden!

Een zipfile doet het wel als er 1 byte mist
Er zijn genoeg bacterien die prima tegen UV-licht kunnen.
En radioactiviteit is ook niet zo'n probleem. Er zijn zelfs bacterien die een atoombom overleven. Er zijn ook soorten insecten die een atoombom overleven.

Het kan niet als hdd gebruikt worden
Het opslaan is een heel precies werkje en het terug vinden van 1 enkele bacterie is onmogelijk.
Je moet het eerder zien als een CD, je kan em 1x drukken en daarna blijft ie zo. Dit medium kan nooit herschrijfbaar gemaakt worden.

Dit is echt voor lange termijn opslag van hele belangrijke gegevens. En dan bedoel ik hele lange termijn.

Dat er mensen zijn die denken dat dit ooit in een PC gebruikt kan worden

Waarom zou er wel een stukje DNA aan een bacterie toegevoegd kunnen worden, terwijl er niets verwijderd zou kunnen worden Beetje vreemde stelling die je hier aanvoert. Men kan de dat verdelen over verschillende 'exemplaren' en zo de bacterien in groepen sorteren, zodat men weet waar men wat heeft gelaten.

Men kan bij mensen bijvoorbeeld ook al bepaalde stukken DNA verwijderen en men weet echt wel waar men mee bezig is.

Wie had er in de zestiger jaren gedacht dat we op dit moment zover zouden zijn als we nu zijn? Het zou dus heel goed kunnen dat we dit over een tijd terugzien in een vorm van dagelijks gebruik. Aldanniet in een pc.

En wees een beetje minder gul met de

Alsof het DNA inplakken zo snel gaat, daar ben je echt wel meer dan een paar seconden mee bezig hoor, zeg eerder een paar uren. En dan moet je nog maar hopen dat het gelukt is. Want het overgrote deel zal toch waarschijnlijk niet opgenomen worden.

En als het dan zou lukken en je maakt bepaalde hokjes waarin bacterieen zitten met een bepaald soort data, dan zul je ze of moeten voeren, waardoor de kolonie groter wordt, zodat je op een gegeven moment overlappend groepen date zult krijgen. Ofwel je moet ze dood laten gaan.

Cewl; E. Coli bacteriën zitten voornamelijk in stront, je kunt dus stront als opslagmedium gaan gebruiken!

Ik zie het al voor me, over 300 jaar halen ze dan een hoopje stront uit een kluisje om de geschiedenis van de mensheid even na te kijken . Wat zullen ze dan over ons denken over 300 jaar,wat een stelletje viezerikken.

Ik zie het wel als leuk opslagmedium in je eigen lichaam,in het bloed (of mischien in je eigen dna). Dan kun je verhalen over jezelf erin bewaren en een stamboom erin zetten met een kleine fotootje, dan kunnen ze 60 jaar laten bekijken hoe je eruit zag, wie je was, welk werk je deed enz. Dat zou leuk zijn, en zo kun je jezelf vereeuwigen in het bloed van je eigen fammilie.Alleen dat gaat alleen als je vrouw bent of je het bij je kinderen laat injecteren in het geval van bacterien.

Er zijn genoeg resistente (latent) aanwezige (sexueel overdraagbare) virussen die de man mogelijkheden geven informatie aan een / zijn vrouw over te dragen . En die raak je dus je hele leven niet meer kwijt.

/ aub niet te zeer op doordenken /

e.Coli wordt gebruikt om kanker mee te bestrijden

Misschien interessant om bestaande bacterien te controlleren op boodschappen? Het is niet ondenkbaar dat intilligent leven in het verleden vanuit de ruimte sondes naar de aarde hebben gestuurt. Een andere optie is dat een beschaving in het verleden op aarde deze techniek al eens heeft gebruikt!

Nieuw koei project

Ik vind het wel een id eigenlijk... maar voor een koeiproject is het niet geschikt denk ik. Je moet nl. eerst die bacteriën verzamelen! En dáár nog eens weetikhoeveel berekeningen op uitvoeren...

Ik vraag me af of je zo niet het risico loopt bepaalde eigenschappen van de bacterie te veranderen, zodat er bijvoorbeeld nieuwe ziektes / infecties e.d. kunnen ontstaan...

nee, aangezien die "schildwacht reeks" (zoals de tekst het zo mooi zegt) het gebied afbakent als "dit is geen virus" maar ook als "dit stukje moet je niet gaan omzetten in een enzyme" zal er dus met dit stukje van nature uit nix gebeuren.

ok, maar wat is dan precies een "schildwacht reeks"
en er wordt ook gezegd: 'Bij vermenigvuldiging wordt het kunstmatige DNA namelijk als eigen materiaal gezien, zodat het gewoon meegekopieerd wordt.'
Bestaat er dan geen kans de de bacterie na b.v. een spontane mutatie het nieuwe materiaal gaat gebruiken om wel enzymen of andere stoffen aan te maken ?

ik zou moeten mijn cursus bio van vorige jaar van zolder halen...

DNA is opgebouwd uit 4 elementen: G-C en T-A(en C-G en A-T)

door een bepaalde reeks te plaatsen geeft het DNA aan om welke informatie het gaat, en wat ermee moet gebeuren, bijvoorbeeld productie van een enzyme die gecodeerd staat tussen die schildwachtreeksen.

de kans op spontane mutatie wordt kleiner naarmate het toegevoegde stukje aan de buitenkant van het DNA ligt. dus ze zullen dit ztukje zo plaatsen dat de kans kleiner is als 99.9%

verder is hier reeds gespeculeerd dat deze cellen de vriezer ingaan, dus in dat geval zouden er zelfs niet eens celdeling aan te pas komen

Die spontane mutatie zou dan zo moeten gebeuren dat er een "start-codon" (AAAAG ofzo) (en eigenlijk ook nog en "stop-codon") gevormd wordt in het stukje geimplementeerd DNA. Tussen die twee codon's wordt dan de sequentie afgelezen en mogelijk voor een stof gecodeerd (zeer onwaarschijnlijk dus). Errrug kleine kans dus (0.0)

De preciese functie van "de schildwacht reeks" heb ik even niet meer helder, maar een groot gedeelte van een dna streng is "gewoon opvulling" (ooit vastgelegde random sequences) en dus wordt daar relatief minder op gecontroleerd of het wel juist wordt gecopieerd. Voor en na een stuk belangrijk DNA heb je dus o.a. de "schildwacht reeks" die een stuk DNA beschermd.

Misschien als ze deze techniek nog (veel) verder ontwikkelen dat ze ook in staat zijn om te coderen voor "controle" DNA dat controleerd of er geen mutaties zijn ontstaan in de opgeslagen informatie

ach ja, bla bla DNA

Das nogal stellig.....
als er iets is met biologische processen (van nature dus), is dat je dat nooit met zekerheid kan zeggen. Die schildwacht reeks is leuk, maar is gewoon stukje DNA, wordt ook meegerepliceerd, dus is ook gevoelig voor 'fouten' cq. mutaties.

Beetje linke soep, zeker binnen een organisme dat JUIST hun hele bestaan en diversiteit dankt aan mutaties!
Resistentie komt nl. voort uit feit dat 1 of meerdere bacterien resistent zijn geworden door mutatie(s), rest sterft uit, deze overleeft, wordt nieuwe kolonie. En omdat het gaat om een organisme wat zich makkelijk in grote hoeveelheden kan verspreiden, is er wel degelijk risico. Je kan het nooit met zekerheid zeggen, dat is dus het grootste risico.

Wil men dat risico lopen om zoiets lulligs en onbenulligs als dataopslag te creeeren?
Men is nu al huiverig betreffende genetisch gemanipuleerde producten....
Blijft biologisch materiaal waar we nog steeds niet alles van weten en al helemaal niet volledig kunnen controleren ......
denkt je van wel, denk je dat men alles kan controleren? Lees dan maar de artikelen oa over MRSA bacterien in ziekenhuizen..... beangstigend...

als je dan iemand in zijn gezicht niest is dat dan dataoverdracht

Opzich is zo'n bacterie harddisk wel een goed excuus om te zeggen dat je harddisk afsterft als ie kapot gaat.

Een niesbui is een buffer overflow

Ja inderdaad... Als je dus in de vrije ruimte niest dan raak je weer wat opslagcapaciteit kwijt

Het komt dus toch niet door de drank dat ik niet zo slim ben.

jammer alleen dat je dan een dag bezig bent om een kb aan data uit te lezen ( sequencing kost veel tijd en geld)

dit medium lijkt me wel geschikt als je de bacterieen invriest maar om ze als levende kolonieen door te groeeien..?
volgens mij gooien die bacterieen bij de minste competie dat DNA er al uit... (bacterieën houden i.t.t hogere levensvormen niet zo van nutteloos DNA)

Als je de bacterien invriest dan hebben bacterien op zich geen meerwaarde. Het gaat juist om het feit dat ze overleven in de meest extreme omstandigheden. dit gaat voor een ingevroren niet vermenigvuldigbare bacterie net zo min op als voor een harde schijf in een kluis.

that s my point...
dat is dus ook het enige nut wat ik hierin zie... invriezen en dan heb je langdurige veilige opslag dus inderdaad een hd in kluis analogie...

levende, groeiende bacteriëen zijn helemaal niet zo robuust.. scheutje glorix erbij en je opslag is weg.. ff koken en je opslag is weg.. beetje straling en je data is corrupt.

Mag ik me even voorstellen?

Wilco...ik studeer biomedischewetenschappen aan de Vrije Universiteit amsterdam, net het blok microbiologie gehad. Mag ik je introduceren aan het fenomeen ENDOSPORE? Deze spore heet zo omdat hij aan de binnenkant van de bacterie gevormt wordt. Er zijn soorten bekend waarvan de sporen uitermate bestand zijn tegen: Hitte/extreme/kou/straling/zuur/base en ga zo maar door. Ik zou daar niet zo over inzitten, meer over het feit dat deze bacterie in een vloek en een zucht 100 generaties gehad heeft... das een stuk vervelender. Misschien een id om het in te bouwen in het 16S RNA, dit staat namelijk bekend om zn zeer geringe mutaties...

En als die data (bijvoorbeeld mp3's) zichzelf nou gaat kopiëren.. gaat de RIAA daar dan ook tegen optreden??

Ik bedenk ineens nog wat, het is wel een beetje erg duur, voor dit haalbaar is, mogen ze eerst weleens een andere/goedkopere manier verzinnen om die data-coderende DNA-strengen te maken.

Op mijn stage moet ik ook wel eens "primers" bestellen, dit zijn korten stukjes DNA (+/- 20 baseparen) die gebruikt worden om aan een specifiek deel van een andere DNA te binden (een kort complementair stukje dus)
Die "primers" kosten 0.68 euro per base
Zo'n streng van 20 baseparen kost dus 13,6 euro
(je krijgt dan wel een hele zooi van die strengen, dus niet eentje, maar dat is ook nodig, anders ben je ze zo kwijt )

Als je dus zoals hierboven 1 MB wil opslaan zou je dat op dit moment nog zo'n 365 miljoen euro kosten (537.000.000 x 0.68)
Je zal waarschijnlijk wel wat kwantum korting krijgen, wie weet gaan er wel een heel aan nullen af, maar feit blijft dat het niet te betalen is.

In het voorbeeld in het artikel hebben ze ook alleen maar de songtekst van een liedje "opgeslagen"
De lengtes van de stukjes zijn 150 baseparen, wat ook niet echt schokkend veel is. Als ze dus per bacterie maar 1 stukje van 150 bp kunnen stoppen heb je voor 1 MB alweer 3,6 miljoen bacterien nodig.
Het is wel heel leuk dat er heel veel in 1 mililiter passen, maar het wordt dan wel weer een probleem om ze allemaal weer bij elkaar te vinden.

Vervolgens moet je dus om 1 MB aan data weer terug te krijgen 3,6 miljoen stukjes van 150 baseparen gaan "sequencen" (de basevolgorde bepalen)

Om mijn stage kost dat op dit moment 6 euro per reactie (intern bij het RIVM, dus niet zoals die "dure primers" van hierboven die commercieel gekocht worden)

Om je ene zielige MBtje weer boven water te krijgen ben je dus ongeveer 20 miljoen euro armer....


Ik hoop dat het nu ook een beetje duidelijk is dat het met deze methode niet mogelijk is om grote hoeveelheden data op te slaan.

Wel leuk als je HD zich kan vermenigvuldigen

Maar pas wel op met die bacteriedodende schoonmaakmiddelen... Anders kun je je harddisk ook snel halveren denk ik zo

Het idee is opzich wel erg gaaf. Stel je voor een Petabyte opslagruimte in een doosje zo groot als een broodtrommel. Geen draaiende (en lawaaiige) onderdelen, geen bad sectors, geen warmte productie...

Tja, de opslag is dan mischien niet zo groot, maar het aflezen is zo lastig.

Dan moet je dus de bacterien opkweken tot voldoende massa. Hieruit het dna halen en zuiveren. En dan tot slot nog de dna sequence bepalen. En dan nog de mutaties in het dna.

Nee snel zal dit nooit worden, en bij een ramp waarbij alle electronische machines het niet meer doen is het ontwikkelen van een dna sequencer niet echt een eerste prioriteit.

Geinig dus, maar waardevol, neeeuh.

(O, maar misschien hebben reeds lang vergeten beschavingen dit reeds gedaan en zijn die bacterien op de een of andere manier op de aarde gekomen en zijn wij daar misschien wel uit geevoleeerd. Wauw, blijken wij slechts een drager van een een of ander alien game te zijn. Dat verklaard wel mooi waarom de mens soms zo agresief is, het spel lekt gewoon door!)

Ascii moet even gaan liggen hoor, hij heeft net het bestaan van de mens verklaard.......

Vind je het waardeloos? Ik vind het onbetaalbaar:

Mens sterft uit
Bacterie overleeft
Bacterie ontwikkelt tot mensachtig-iets
Mensachtig-iets leert DNA lezen.

Mensachtig-iets decodeert "HELLO WORLD!" uit zijn eigen DNA!

(O, maar misschien hebben reeds lang vergeten beschavingen dit reeds gedaan en zijn die bacterien op de een of andere manier op de aarde gekomen en zijn wij daar misschien wel uit geevoleeerd. Wauw, blijken wij slechts een drager van een een of ander alien game te zijn. Dat verklaard wel mooi waarom de mens soms zo agresief is, het spel lekt gewoon door!)

Dat lijkt precies op 1 vna de afleveringen van STarTrek: The Next Generation. Waarin een oer beschaving van miljarden jaren terug een "programma" hadden ontwikkeld welke geencode werd in de dna van de 'oersoep' waar verschillende rassen uit gekomen zijn. Na miljoenen jaren konden ze dan dat programma opnieuw maken en zien wat het precies was! (bleek het dus een hologram te zijn die wat vertelde over de oudheid ) maar dat doet me precies aan jou verhaaltje denken

Da's geen halveren, da's formatteren!

geen warmteproductie? Dat zal als daar een aantal miljarden bacterien lekker liggen te broeien en te vermenigvuldigen!

Shit 100 gig te weinig, ff een dagje wachten dan is het 200

Maar serieus, ik zou niet weten hoe dit bruikbaar moet worden. Hoe hou je al die bacterien apart

Jullie snappen het niet: je krijgt niet meer data door celdeling (vermenigvuldigen van de bacterie) maar meer redundancy.

Dus je ene schijf wordt raid 1 tot raid 5 met 1*10^9 schijven!

Sterker nog, je krijgt steeds minder informatie die exact de juiste is (=wat je erin gestopt hebt) door mutatie. Alleen het duurt wel lang.

Ja tenzij er een mutatie is die zorgt voor een zeer sterke bacteriestam die de competitie met de andere niet-gemuteerde stammen wint

Duurt niet zo lang hoor, iets van 20 minuten voor e-coli.
Je hebt al gauw zo'n 1 op de 10000-100000 baseparen fout bij het kopieren, elke kopie van een beetje omvang is gemuteerd (en dus corrupt).

Kan Bush mooi testen met zijn smallpox vaccinatie programma.

Bush is geloof ik echt een ster in steeds minder informatie die de juiste is genereren.

En dus door de redundantie heb je daar weer geen last van, want de kans dat de mutatiefout bij een hele generatie op dezelfde plek zit, is zo ongeloofelijk klein, dat je een heel betrouwbaar opslagmedium hebt.

Totdat je je sterkedrank erover heen morst, dan is het dood.

CRC in het DNA inbouwen?

Beetje Pokon erbij

Dit geeft nieuwe potentie voor de virus ontwikkelaars! Biovirussen! Zou dat nou het begin zijn van de "Digitale Biologische Oorlog"?

En dan muteert zo'n bacterie door zo'n boodschap in wat anders... ... ... ... ... ...