Milyen információ található a DNS -ben
A DNS egy nukleotid szekvencia. Csak négy van belőlük:
- adenin,
- guanin,
- Timin,
- citozin.
Az információk kódolásához mindegyikhez egy számjegykódot rendelnek. Például timin - 0, guanin - 1, adenin - 2, citozin - 3.
A nukleotid szekvencia lehetővé tesziA különböző típusú RNS-ekről szóló információkat „kódolják” Az összes ilyen típusú RNS szintetizálódik egy DNS-sablonon a transzkripciós folyamat során szintetizált RNS-szekvenciák másolásával, és részt vesz a fehérje bioszintézisében (transzlációs folyamat).
A kódoló szekvenciák mellett a sejt DNS -eszabályozó és szerkezeti funkciókat ellátó szekvenciákat tartalmaz. Ezenkívül az eukarióták genomja gyakran tartalmaz "genetikai parazitákhoz" tartozó régiókat, például transzpozonokat.
A kódolás azzal kezdődik, hogy minden betű,a számokat és a képeket bináris kódgá, azaz nullák és egyesek sorozatává alakítják át, és máris nukleotidszekvenciává, azaz negyedik kódgá alakítják át.
A DNS olvasásának számos módja van.A legelterjedtebb technika az, hogy DNS -molekulák láncát másolják bázisok segítségével, amelyek mindegyike színjelzéssel rendelkezik. Ezután egy nagyon érzékeny detektor olvassa be az adatokat, és a számítógép a színek segítségével rekonstruálja a nukleotidszekvenciát.
Hogyan jelenik meg az új információ a DNS -ben
Ez a CRISPR-Cas9 technológiával, más néven genetikai ollóval történik. Nyolc éve fejlesztették ki, és 2020-ban kémiai Nobel-díjat kapott.
Korábban szükség volt az információk hosszú ideig történő rögzítésére és speciális berendezések segítségével. A Columbia Egyetem tudóscsoportja azonban automatizálta ezt a folyamatot.
Sikerült megtanítanunk a sejteket arra, hogy elektronikus jeleken keresztül beszéljenek a számítógéppel, és így letölthessenek információkat bármilyen elektronikus adathordozóról.
Harris Wang, a rendszerbiológia professzora
A szerzők elmagyarázzák, hogy binárisat fordítanakegy számítógépes program elektromos impulzusokká, amelyek a cellába kerülnek. Felületén olyan receptorok találhatók, amelyek érzékelik ezeket a jeleket, és már lefordítják azokat a DNS nyelvére, automatikusan felépítve a szükséges genomszekvenciát.
Ennek eredményeként a következőket adják hozzá a DNS -lánchozpótkocsi vagy extra darab. A digitális számítógépes információkkal ellentétben ez a genetikai kód betűhalmaza, azaz analóg titkosítás, ezért a tudós összehasonlítja ezt a szegmenst egy mágneses szalaggal.
A STAT3 transzkripciós faktor és a DNS kölcsönhatása (kék hélixként látható)
Mennyi információ rögzíthető a DNS -ben
Új alkalmazotti technológia alkalmazásaA Columbia Egyetem 2,14 megabájtnyi információt tudott kódolni és olvasni. A végső fizikai rögzítési sűrűség 215 000 000 gigabájt/gramm nukleinsav volt.
A B-formájú DNS-hélix egy fordulata körülbelül 10 bázispár. Az egyik szál azért lesz kódolva, mert a második mindig kiegészíti az elsőt.
Így van 10 cella, amelyek mindegyike tartalmazhat egyet a négy betű közül:
- A,
- T,
- G,
- Ts.
Kvaterner vagy bináris használatakora DNS-ben kódoló információ kódolási sűrűsége sejtenként két bit, azaz a hélix fordulatánként 20 bit, amelynek lineáris mérete megközelítőleg 3,4 nanométer térfogatú ~11 köb nanométer az, amit le lehet írni.
Manapság lehetséges olyan processzorokat létrehozni, amelyekben 1 bit 10 nanométerben van írva. Így a DNS -ben a lineáris méretek alapján körülbelül 60 -szor több információt lehet rögzíteni.
Mennyire megbízható az információ rögzítése a DNS -re
2017 márciusában a Science magazin közölt egy cikket amerikai tudósoktól, akiknek sikerült 2*1017 bájtot rögzíteni grammonként DNS-ben. A biológusok hangsúlyozzák, hogy egyetlen bájtot sem veszítettek.
A DNS -re vonatkozó információ rögzítésének kétségtelen előnyei közé tartozik az adatok óriási tárolási sűrűsége, valamint a hordozó stabilitása - igaz, csak alacsony hőmérsékleten.
A DNS-ben az információt háromdimenziós analógban rögzítikformában, és ez a legstabilabb forma. Ebben a formában az adatok több százezer, de akár több millió évig is tárolhatók – mondta Harris Wang rendszerbiológia professzor.
következtetés
Minden előnye ellenére a felvételi technológiaa DNS-re vonatkozó információk fejlesztésének kezdeti szakaszában járnak. Ma a DNS-szintézis továbbra is nagyon drága, így a DNS „flash drive-on” rögzített adatok megabájtjáért körülbelül 3,5 ezer dollárt kell fizetni.
A tudósoknak még ki kell dolgozniuk a technológiátautomatikus információátvitel a DNS-ből. Az is fontos, hogy leegyszerűsítsük az információ átvitelét a számítógépről a cellába. Jelenleg ez elektronáramot használ, de a jövőben valami mással helyettesíthető.
Például váltakozó mágneses mező vagy környezeti hőmérséklet. Vagy akár egy közönséges fénysugár - elvégre a legtöbb élő szervezet fotoreceptorokkal rendelkezik.
Olvass tovább:
Az A74 -es jéghegy ütközik az Antarktisz partjaival
Emberfogú halat találtak az Egyesült Államokban
A vad kullancsokat kifejezetten szabadon engedik Oroszországban a kártevők elleni védekezésre