纽卡斯尔大学的研究为我们如何将 DNA 转化为绿色设计的数据结构提供了重要的见解，该结构可以像传统计算机一样组织数据。
该团队由纽卡斯尔大学计算机学院的研究人员领导，创建了新的动态 DNA 数据结构，能够以有序的方式从 DNA 分子中存储和调用信息。他们还分析了这些结构如何与外部核酸计算电路连接。
科学家们在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现，展示了使用 DNA 聚合物的堆栈数据结构的体外实现。作为 DNA 化学反应系统开发的堆栈系统能够记录两种不同 DNA 信号(0 和 1)的组合，将信号以相反的顺序释放到溶液中，然后重新记录。
堆栈是一种线性数据结构，遵循执行操作的特定顺序，通过构建和截断单个 ssDNA 的 DNA“聚合物”，以后进先出的顺序存储和检索信息(DNA 信号链)股。这种堆栈数据结构最终可能会嵌入体内环境中，以存储信使 RNA 并反转翻译响应的时间顺序，以及其他应用。
领导这项研究的纽卡斯尔大学计算机学院的 Natalio Krasnogor 教授解释说：“我们的文明是数据饥渴的，所有信息处理的渴求都对环境产生了强烈的影响。例如，数字技术比航空业造成的污染更严重。全球 7000 个数据中心使用了全球约 2% 的电力，我们都听说过一些加密货币的环境足迹。
“近年来，DNA 已被证明是一种极好的存储数据的基质，而且 DNA 是一种可再生、可持续的资源。在纽卡斯尔，我们对可持续性充满热情，因此我们希望开始逐步进入绿色设计分子信息在 DNA 中进行处理，而不仅仅是简单地存储数据。我们希望能够组织它。在计算机科学中，数据结构是运行我们现代经济的所有算法的核心;这是因为您需要一种方法来拥有“对存储的数据进行统一和标准化的操作。这就是数据结构所能够实现的。我们是第一个展示现代信息时代这一关键组成部分的分子实现的人。”
该研究的合著者、纽卡斯尔大学合成生物学和生物经济中心的助理研究员 Annunziata Lopiccolo 博士补充说：“如果我们开始考虑数据存储，我们的头脑会立即想到电子微芯片、USB 驱动器和许多其他现有技术。但结束了过去几年，生物学家向数据存储介质领域提出挑战，证明 DNA 作为一种高度稳定和弹性的介质，可以用作四元数据存储，而不是二进制。在我们的工作中，我们想证明可以使用以可编程信号的形式制作可读输入和输出的四进制代码，具有线性和有组织的数据结构。我们的工作扩展了纳米级信息处理背景下的知识。”
研究合著者、纽卡斯尔大学计算机学院讲师 Harold Fellermann 博士补充说：“我们的生物分子数据结构，其中数据和操作都由 DNA 短片表示，在设计时考虑到了生物实施。原则上，我们可以想象这样一种设备将用于活细胞内，例如细菌。这使得可以将计算能力带到目前传统硅基电子计算难以访问的领域。在未来，这种数据结构可能用于环境监测、生物修复、绿色生产，甚至个性化纳米医学。”
研究合著者、纽卡斯尔大学计算机学院研究助理 Benjamin Shirt-Ediss 博士说：“开发 DNA 化学计算模型并看到与实验室实验结果的良好一致性真的很有趣。计算模型使我们能够真正掌握 DNA 堆栈数据结构的性能——我们可以系统地探索其绝对极限并提出未来的改进途径。”
实验性 DNA 堆栈系统构成了原理证明，即聚合 DNA 化学可用作动态数据结构，以后进先出的顺序存储两种类型的 DNA 信号。虽然需要更多的研究来确定存档和访问基于 DNA 的数据的最佳方式，但该研究强调了这项技术的巨大潜力，以及它如何帮助解决快速增长的数据需求。
