Mitä tietoja on DNA: ssa
DNA on nukleotidisekvenssi. Niitä on vain neljä:
- adeniini,
- guaniini,
- Timin,
- sytosiini.
Tietojen koodaamiseksi kullekin niistä annetaan numero-koodi. Esimerkiksi tymiini - 0, guaniini - 1, adeniini - 2, sytosiini - 3.
Nukleotidisekvenssi salliiKaikki nämä RNA-tyypit syntetisoidaan DNA-templaatilla kopioimalla DNA-sekvenssi transkriptioprosessin aikana syntetisoituneeksi RNA-sekvenssiksi ja osallistuvat proteiinien biosynteesiin (translaatioprosessiin).
Koodaavien sekvenssien lisäksi solun DNAsisältää sekvenssejä, jotka suorittavat säätely- ja rakenteellisia toimintoja. Lisäksi eukaryoottien genomi sisältää usein alueita, jotka kuuluvat "geneettisiin loisiin", esimerkiksi transposoneja.
Koodaus alkaa siitä, että kaikki kirjaimet,numerot ja kuvat muunnetaan binäärikoodiksi, toisin sanoen nolla- ja ykkössarjaksi, ja ne muunnetaan jo nukleotidisekvenssiksi, ts. kvaternaariseksi koodiksi.
DNA: n lukemiseen on monia tapoja.Yleisin tekniikka on, että DNA -molekyyliketju kopioidaan emästen avulla, joista jokaisella on värimerkki. Sitten erittäin herkkä ilmaisin lukee tiedot, ja tietokone käyttää värejä nukleotidisekvenssin rekonstruoimiseen.
Kuinka uusi tieto näkyy DNA: ssa
Tämä tehdään käyttämällä CRISPR-Cas9-tekniikkaa, jota kutsutaan myös geneettisiksi saksiksi. Se kehitettiin kahdeksan vuotta sitten, ja sille myönnettiin vuoden 2020 kemian Nobel-palkinto.
Aiemmin tiedot oli tallennettava pitkään ja erikoislaitteiden avulla. Kuitenkin Columbian yliopiston tiedemiesryhmä on automatisoinut tämän prosessin.
Onnistuimme opettamaan solut puhumaan tietokoneelle sähköisten signaalien kautta ja siten lataamaan tietoja mistä tahansa sähköisestä välineestä.
Harris Wang, systeemibiologian professori
Kirjoittajat selittävät kääntävänsä binaariatietokoneohjelma sähköisiin impulsseihin, jotka lähetetään soluun. Sen pinnalla on reseptoreita, jotka havaitsevat nämä signaalit ja kääntävät ne jo DNA: n kielelle rakentamalla automaattisesti tarvittavan genomisekvenssin.
Tämän seurauksena DNA -ketjuun lisätään seuraavanimeltään traileri tai lisäkappale. Toisin kuin digitaaliset tietokonetiedot, se on joukko geneettisen koodin kirjaimia, eli analoginen salaus, joten tutkija vertaa tätä segmenttiä magneettinauhalle.
Transkriptiotekijän STAT3 vuorovaikutus DNA: n kanssa (esitetty sinisenä heliksinä)
Kuinka paljon tietoa voidaan tallentaa DNA: han
Uuden työntekijäteknologian käyttöColumbia University pystyi koodaamaan ja lukemaan 2,14 megatavua tietoa. Lopullinen fyysinen tallennustiheys oli 215 000 000 gigatavua grammaa kohden nukleiinihappoa.
B-muodon DNA-heliksin yksi kierros on noin 10 emäsparia. Yksi säikeistä koodaa, koska toinen on aina ilmaista ensimmäiselle.
Siten soluja on 10, joista jokainen voi sisältää yhden neljästä kirjaimesta:
- A,
- T,
- G,
- Ts.
Kvaternaarista tai binaarista käytettäessäDNA:ssa koodaavan tiedon koodaustiheys on kaksi bittiä per solu, eli 20 bittiä kierteen kierrosta kohti, jonka lineaarinen koko on tilavuudeltaan noin 3,4 nanometriä ~11 kuutionanometriä voidaan kirjoittaa muistiin.
Nykyään on mahdollista luoda suorittimia, joissa 1 bitti on kirjoitettu 10 nanometrillä. Siten DNA: han lineaaristen mittojen perusteella on mahdollista tallentaa noin 60 kertaa enemmän tietoa.
Kuinka luotettava on tietojen tallentaminen DNA: han
Maaliskuussa 2017 Science-lehti julkaisi artikkelin amerikkalaisilta tutkijoilta, jotka onnistuivat tallentamaan 2*1017 tavua per gramma DNA:ta. Biologit korostavat, etteivät he ole menettäneet yhtään tavua.
DNA: n tietojen tallentamisen kiistattomiin etuihin kuuluu tietojen valtava tallennustiheys sekä kantajan vakaus - joskin vain alhaisissa lämpötiloissa.
DNA:ssa tiedot tallennetaan kolmiulotteiseen analogiinmuodossa, ja tämä on vakain muoto. Tässä muodossa tietoja voidaan säilyttää satoja tuhansia tai jopa miljoonia vuosia, sanoi järjestelmäbiologian professori Harris Wang.
johtopäätös
Kaikista eduista huolimatta tallennustekniikkaDNA-tieto on kehityksensä alkuvaiheessa. DNA-synteesi on nykyään erittäin kallista, joten DNA:n ”flash-asemalle” tallennetusta megatavusta joudut maksamaan noin 3,5 tuhatta dollaria.
Tiedemiehet eivät ole vielä kehittäneet tekniikkaaautomaattinen tiedonsiirto DNA:sta. On myös tärkeää yksinkertaistaa tapaa, jolla tiedot siirretään tietokoneelta soluun. Tällä hetkellä tämä käyttää elektronivirtaa, mutta tulevaisuudessa se voidaan korvata jollain muulla.
Esimerkiksi vuorotteleva magneettikenttä tai ympäristön lämpötila. Tai jopa tavallinen valonsäde - loppujen lopuksi useimmilla elävillä organismeilla on fotoreceptorit.
Lue lisää:
Jättiläinen jäävuori A74 törmää Etelämantereen rannikolle
Yhdysvalloista löytyi ihmishampaista kalaa
Villit punkit julkaistaan erityisesti Venäjällä tuholaisten torjumiseksi