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Forscher speichern Bilder mit Metaboliten

Kleine Moleküle können Daten aus einem Bild kodieren und mit einer Genauigkeit von über 98 Prozent gelesen werden

09.07.2019

Kennedy et al., 2019

Schreiben und Lesen von Daten, die in Mischungen von Metaboliten kodiert sind. (a) Binäre Bilddaten werden auf einen Satz von Metabolitengemischen abgebildet, wobei jedes Bit das Vorhandensein/Abwesenheit einer Verbindung in einem Gemisch bestimmt. So kann beispielsweise ein Spot, der auf vier Bits mit den Werten[0 1 0 1 0 1] abgebildet ist, den zweiten und vierten Metaboliten an dieser Stelle enthalten. (b) Kleine Mengen der Gemische werden auf eine Stahlplatte aufgetragen und das Lösungsmittel verdampft (Skalenstriche: 5 mm). Dieser chemische Datensatz wird mittels MALDI-Massenspektrometrie analysiert (b, unten). Anhand der beobachteten Massenspektrumspitzen wird entschieden, welche Metaboliten vorhanden sind. Diese Entscheidungen werden aus der Vielzahl von Punkten zusammengestellt, um das Originalbild wiederherzustellen. Das gezeigte Bild ist die Rhode Island Hope Regiment Colors[28].

Ein Anker, ein Steinbock und eine ägyptische Katze: all dies sind Bilder, die ein Forscherteam der Brown University unter der Leitung von Jacob Rosenstein aus Mischungen von kleinen Molekülen, den sogenannten Metaboliten, kodiert und dekodiert haben. Sie zeigen das Potenzial dieses kleinmolekularen Informationsspeichersystems in einem neuen Papier, das in PLOS ONE veröffentlicht wurde.

Mikrochips sind für Menschen zur Standardmethode geworden, um Daten zu speichern, wie z.B. ein Dokument auf einem Heimcomputer oder einen Schnappschuss auf einem Telefon. Kürzlich haben Wissenschaftler mit Möglichkeiten experimentiert, Informationen mit Hilfe von Biomolekülen, wie z.B. DNA, zu kodieren, indem sie ein künstliches Genom synthetisieren. In dieser neuen Studie zeigen die Forscher, dass sie Informationen mit einer anderen Art von Biomolekül, den Metaboliten, kodieren können. Sie benutzten Liquid-Handling-Roboter, um digitale Informationen zu schreiben, indem sie Mischungen von Metaboliten in ein Gitter auf einer Oberfläche punkten. Die Standorte und Identitäten der Metaboliten gaben binäre Daten aus, wenn sie von einem Gerät namens Massenspektrometer abgelesen werden. Mit dieser Methode könnten sie die Informationen aus einem Bild kodieren und dann dekodieren, um das Bild mit einer Genauigkeit von 98 bis 99,5 Prozent neu zu zeichnen.

Mischungen von Metaboliten, sogenannte Metabolome, bieten viele Vorteile gegenüber Genomen bei der Informationsaufnahme. Metaboliten sind kleiner, vielfältiger und haben das Potenzial, Informationen mit höherer Dichte zu speichern. Diese Proof-of-Principle-Studie zeigt, dass kleinmolekulare Informationsspeicher mehr als 100.000 Bit digitaler Bilder erfolgreich in synthetische Metabolome kodieren können. Sie erwarten, dass mit zunehmender Entwicklung die Menge und Dichte der zu kodierenden Informationen deutlich zunehmen wird.

Rosenstein fügt hinzu: "Wir kodierten mehrere kleine digitale Bilder in Mischungen von Metaboliten und lasen die Daten durch chemische Analyse der Mischungen zurück. Eine molekulare Festplatte oder ein chemischer Computer mag noch wie Science Fiction aussehen, aber die Biologie zeigt uns, dass es möglich ist. Wir wollten mathematisch präzise zeigen, wie man mit einigen der kleinen Moleküle, die unser Körper täglich benutzt, digitale Daten schreibt und liest."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

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