Каква информация има в ДНК
ДНК е последователност от нуклеотиди. Има само четири от тях:
- аденин,
- гуанин,
- Тимин,
- цитозин.
За да кодират информация, на всеки от тях се присвоява цифров код. Например тимин - 0, гуанин - 1, аденин - 2, цитозин - 3.
Нуклеотидната последователност позволява„кодират“ информация за различни типове РНК.Всички тези видове РНК се синтезират върху ДНК шаблон чрез копиране на ДНК последователност в РНК последователност, синтезирана по време на процеса на транскрипция, и участват в биосинтезата на протеини (процес на транслация).
В допълнение към кодиращите последователности, клетъчната ДНКсъдържа последователности, които изпълняват регулаторни и структурни функции. В допълнение, геномът на еукариотите често съдържа региони, принадлежащи на "генетични паразити", например транспозони.
Кодирането започва с факта, че всички букви,числата и изображенията се преобразуват в двоичен код, тоест последователност от нули и единици и те вече са преобразувани в поредица от нуклеотиди, тоест четвъртичен код.
Има много начини за четене на ДНК.Най -често срещаната техника е, че верига от ДНК молекули се копира с помощта на основи, всяка от които има цветен знак. Тогава много чувствителен детектор чете данните и компютърът използва цветовете, за да възстанови нуклеотидната последователност.
Как се появява нова информация в ДНК
Това става чрез технологията CRISPR-Cas9, наричана още генетична ножица. Той е разработен преди осем години и е удостоен с Нобелова награда за химия за 2020 г.
Преди това беше необходимо да се записва информация за дълго време и с помощта на специално оборудване. Екип от учени от Колумбийския университет обаче автоматизира този процес.
Успяхме да научим клетките да говорят с компютър чрез електронни сигнали и по този начин да изтеглят информация от всеки електронен носител.
Харис Уанг, професор по системна биология
Авторите обясняват, че превеждат двоичнокомпютърна програма в електрически импулси, които се изпращат до клетката. На повърхността му има рецептори, които възприемат тези сигнали и вече ги превеждат на езика на ДНК, автоматично изграждайки необходимата геномна последователност.
В резултат на това към ДНК веригата се добавя следнотонаречен ремарке или допълнително парче. За разлика от цифровата компютърна информация, това е набор от букви от генетичния код, тоест аналогов шифър, така че ученият сравнява този сегмент с магнитна лента.
Взаимодействие на транскрипционния фактор STAT3 с ДНК (показан като синя спирала)
Колко информация може да бъде записана в ДНК
Използване на нови технологии за служителиКолумбийският университет успя да кодира и прочете 2,14 мегабайта информация. Окончателната физическа плътност на запис беше 215 000 000 гигабайта на грам нуклеинова киселина.
Едно завъртане на B-формата на спиралата на ДНК е приблизително 10 базови двойки. Една от нишките ще бъде кодираща, защото второто винаги допълва първото.
Така има 10 клетки, всяка от които може да съдържа една от четирите букви:
- а,
- T,
- G,
- Ц.
Когато използвате кватернерни или двоичникодиращата плътност на кодирането на информация в ДНК е два бита на клетка, тоест 20 бита на завъртане на спиралата, чийто линеен размер е приблизително 3,4 нанометра в обем ~11 кубични нанометра е това, което може да се запише.
Днес е възможно да се създадат процесори, в които 1 бит е записан на 10 нанометра. Така в ДНК, въз основа на линейните размери, е възможно да се запишат около 60 пъти повече информация.
Колко надеждно е записването на информация за ДНК
През март 2017 г. списание Science публикува статия на американски учени, които успяват да запишат 2*1017 байта на грам ДНК. Биолозите подчертават, че не са загубили нито един байт.
Безспорните предимства на записването на информация за ДНК включват огромната плътност на съхранение на данни, както и стабилността на носителя - макар и само при ниски температури.
В ДНК информацията се записва в триизмерен аналогформа и това е най-стабилната форма. В тази форма данните могат да се съхраняват стотици хиляди или дори милиони години, каза професорът по системна биология Харис Уанг
заключение
Въпреки всички предимства, технологията за записинформацията за ДНК е в начален етап на своето развитие. Днес синтезът на ДНК остава много скъп, така че за мегабайт данни, записани на ДНК „флашка“, ще трябва да платите около 3,5 хиляди долара.
Учените тепърва ще разработват технологиятаавтоматично прехвърляне на информация от ДНК. Също така е важно да се опрости начинът, по който информацията се прехвърля от компютъра към клетката. В момента това използва поток от електрони, но в бъдеще може да бъде заменен с нещо друго.
Например променливо магнитно поле или температура на околната среда. Или дори обикновен лъч светлина - в края на краищата повечето живи организми имат фоторецептори.
Прочетете още:
Гигантски айсберг A74 се сблъсква с брега на Антарктида
Риба с човешки зъби, намерена в САЩ
Дивите кърлежи ще бъдат пуснати специално в Русия за борба с вредителите