Jaké informace jsou v DNA
DNA je sekvence nukleotidů. Jsou pouze čtyři z nich:
- adenin,
- guanin,
- Timin,
- cytosin.
Ke kódování informací je každému z nich přiřazen číselný kód. Například tymin - 0, guanin - 1, adenin - 2, cytosin - 3.
Nukleotidová sekvence umožňuje„kódovat“ informace o různých typech RNA Všechny tyto typy RNA jsou syntetizovány na templátu DNA zkopírováním sekvence DNA do sekvence RNA syntetizované během procesu transkripce a účastní se biosyntézy proteinů (procesu translace).
Kromě kódujících sekvencí buněčná DNAobsahuje sekvence, které plní regulační a strukturální funkce. Genom eukaryot navíc často obsahuje oblasti patřící „genetickým parazitům“, například transpozony.
Kódování začíná skutečností, že všechna písmena,čísla a obrázky jsou převedeny na binární kód, tj. posloupnost nul a jedniček, a již jsou převedeny na sekvenci nukleotidů, tj. kvartérní kód.
Existuje mnoho způsobů, jak číst DNA.Nejběžnější technikou je kopírování řetězce molekul DNA pomocí bází, z nichž každá má barevnou značku. Poté velmi citlivý detektor přečte data a počítač pomocí barev zrekonstruuje nukleotidovou sekvenci.
Jak se nové informace objevují v DNA
To se provádí pomocí technologie CRISPR-Cas9, nazývané také genetické nůžky. Byl vyvinut před osmi lety a v roce 2020 byl oceněn Nobelovou cenou za chemii.
Dříve bylo nutné zaznamenávat informace po dlouhou dobu a pomocí speciálního vybavení. Tým vědců z Kolumbijské univerzity však tento proces zautomatizoval.
Podařilo se nám naučit buňky mluvit s počítačem prostřednictvím elektronických signálů a stahovat tak informace z jakéhokoli elektronického média.
Harris Wang, profesor systémové biologie
Autoři vysvětlují, že překládají binárnípočítačový program na elektrické impulsy, které jsou vysílány do buňky. Na jeho povrchu jsou receptory, které tyto signály vnímají a již je překládají do jazyka DNA, čímž automaticky vytvářejí požadovanou sekvenci genomu.
V důsledku toho se do řetězce DNA přidá následujícínazývá se přívěs nebo extra kus. Na rozdíl od digitálních počítačových informací jde o sadu písmen genetického kódu, tedy analogovou šifru, takže vědec tento segment porovnává s magnetickou páskou.
Interakce transkripčního faktoru STAT3 s DNA (zobrazeno jako modrá šroubovice)
Kolik informací lze zaznamenat do DNA
Použití nové zaměstnanecké technologieColumbia University dokázala zakódovat a přečíst 2,14 megabajtů informací. Konečná hustota fyzického záznamu byla 215 000 000 gigabajtů na gram nukleové kyseliny.
Jeden závit šroubovice DNA formy B má přibližně 10 párů bází. Jedno z vláken bude kódování, protože druhý je vždy doplňkový k prvnímu.
Existuje tedy 10 buněk, z nichž každá může obsahovat jedno ze čtyř písmen:
- A,
- T,
- G,
- Ts.
Při použití kvartérní nebo binárníkódovací hustota kódování informace v DNA je dva bity na buňku, tedy 20 bitů na otáčku šroubovice, jejíž lineární velikost je přibližně 3,4 nanometru v objemu Zapsat lze ~11 nanometrů krychlových.
Dnes je možné vytvářet procesory, ve kterých je na 10 nanometrech zapsán 1 bit. V DNA je tedy na základě lineárních rozměrů možné zaznamenat asi 60krát více informací.
Jak spolehlivé je zaznamenávat informace o DNA
V březnu 2017 časopis Science zveřejnil článek amerických vědců, kterým se podařilo zaznamenat 2*1017 bajtů na gram DNA. Biologové zdůrazňují, že neztratili ani jeden bajt.
Mezi nepochybné výhody záznamu informací o DNA patří enormní hustota ukládání dat a také stabilita nosiče - byť jen při nízkých teplotách.
V DNA jsou informace zaznamenány v trojrozměrné analogiiforma, a to je nejstabilnější forma. V této podobě mohou být data uložena po stovky tisíc nebo dokonce miliony let, řekl profesor systémové biologie Harris Wang.
Závěr
Přes všechny výhody nahrávací technologieinformace o DNA jsou v počáteční fázi svého vývoje Dnes je syntéza DNA velmi nákladná, takže za megabajt dat zaznamenaných na „flash disk“ DNA budete muset zaplatit asi 3,5 tisíce dolarů.
Vědci ještě musí vyvinout technologiiautomatický přenos informací z DNA. Důležité je také zjednodušit způsob přenosu informací z počítače do buňky. V současnosti to využívá proud elektronů, ale v budoucnu by to mohlo být nahrazeno něčím jiným.
Například střídavé magnetické pole nebo okolní teplota. Nebo dokonce obyčejný paprsek světla - ostatně většina živých organismů má fotoreceptory.
Přečtěte si více:
Obří ledovec A74 se střetává s pobřežím Antarktidy
Ryby s lidskými zuby nalezené ve Spojených státech
Divoká klíšťata budou speciálně vypuštěna v Rusku pro kontrolu škůdců