Quali informazioni ci sono nel DNA?
Il DNA è una sequenza di nucleotidi. Ce ne sono solo quattro:
- adenina,
- guanina,
- Timin,
- citosina.
Per codificare le informazioni, a ciascuno di essi viene assegnato un codice numerico. Ad esempio, timina - 0, guanina - 1, adenina - 2, citosina - 3.
La sequenza nucleotidica lo consente"codificano" informazioni su diversi tipi di RNA. Tutti questi tipi di RNA vengono sintetizzati su uno stampo di DNA copiando una sequenza di DNA in una sequenza di RNA sintetizzata durante il processo di trascrizione e prendono parte alla biosintesi delle proteine (processo di traduzione).
Oltre alle sequenze codificanti, il DNA cellularecontiene sequenze che svolgono funzioni regolatorie e strutturali. Inoltre, il genoma degli eucarioti contiene spesso regioni appartenenti a "parassiti genetici", ad esempio trasposoni.
La codifica inizia con il fatto che tutte le lettere,numeri e immagini vengono convertiti in codice binario, cioè una sequenza di zeri e uno, e sono già convertiti in una sequenza di nucleotidi, cioè un codice quaternario.
Ci sono molti modi per leggere il DNA.La tecnica più comune è che una catena di molecole di DNA viene copiata utilizzando basi, ognuna delle quali ha un segno di colore. Quindi un rivelatore molto sensibile legge i dati e il computer utilizza i colori per ricostruire la sequenza nucleotidica.
Come appaiono nuove informazioni nel DNA
Questo viene fatto utilizzando la tecnologia CRISPR-Cas9, chiamata anche forbici genetiche. È stato sviluppato otto anni fa e ha ricevuto il Premio Nobel per la Chimica 2020.
In precedenza, era necessario registrare le informazioni per molto tempo e con l'aiuto di attrezzature speciali. Tuttavia, un team di scienziati della Columbia University ha automatizzato questo processo.
Siamo riusciti a insegnare alle cellule a parlare con un computer tramite segnali elettronici e quindi a scaricare informazioni da qualsiasi mezzo elettronico.
Harris Wang, professore di biologia dei sistemi
Gli autori spiegano che stanno traducendo in binarioun programma per computer in impulsi elettrici che vengono inviati alla cellula. Sulla sua superficie sono presenti recettori che percepiscono questi segnali e già li traducono nel linguaggio del DNA, costruendo automaticamente la sequenza genomica richiesta.
Di conseguenza, alla catena del DNA viene aggiunto quanto seguechiamato rimorchio o pezzo extra. A differenza delle informazioni del computer digitale, è un insieme di lettere del codice genetico, cioè un cifrario analogico, quindi lo scienziato confronta questo segmento con un nastro magnetico.
Interazione del fattore di trascrizione STAT3 con il DNA (mostrato come un'elica blu)
Quante informazioni possono essere registrate nel DNA
Utilizzo della nuova tecnologia per i dipendentiLa Columbia University è stata in grado di codificare e leggere 2,14 megabyte di informazioni. La densità fisica finale della registrazione era di 215.000.000 di gigabyte per grammo di acido nucleico.
Un giro dell'elica del DNA della forma B è di circa 10 paia di basi. Uno dei thread verrà codificato perché il secondo è sempre complementare al primo.
Quindi ci sono 10 celle, ciascuna delle quali può contenere una delle quattro lettere:
- UN,
- T,
- G,
- Ts.
Quando si utilizza quaternario o binariola densità di codifica delle informazioni codificate nel DNA è di due bit per cellula, ovvero 20 bit per giro dell'elica, la cui dimensione lineare è di circa 3,4 nanometri in volume ~11 nanometri cubi è ciò che può essere scritto.
Oggi è possibile creare processori in cui viene scritto 1 bit a 10 nanometri. Quindi, nel DNA, in base alle dimensioni lineari, è possibile registrare circa 60 volte più informazioni.
Quanto è affidabile registrare informazioni sul DNA
Nel marzo 2017, la rivista Science ha pubblicato un articolo di scienziati americani che sono riusciti a registrare 2*1017 byte per grammo di DNA. I biologi sottolineano di non aver perso un solo byte.
Gli indubbi vantaggi della registrazione delle informazioni sul DNA includono l'enorme densità di archiviazione dei dati, nonché la stabilità del supporto, anche se solo a basse temperature.
Nel DNA, le informazioni sono registrate in modo analogico tridimensionaleforma, e questa è la forma più stabile. In questa forma, i dati possono essere conservati per centinaia di migliaia o addirittura milioni di anni, ha affermato il professore di biologia dei sistemi Harris Wang
conclusione
Nonostante tutti i vantaggi, la tecnologia di registrazionele informazioni sul DNA sono nella fase iniziale del suo sviluppo. Oggi la sintesi del DNA rimane molto costosa, quindi per un megabyte di dati registrati su una "chiavetta USB" del DNA dovrai pagare circa 3,5 mila dollari.
Gli scienziati devono ancora sviluppare la tecnologiatrasferimento automatico di informazioni dal DNA. È anche importante semplificare il modo in cui le informazioni vengono trasferite dal computer alla cellula. Attualmente utilizza un flusso di elettroni, ma in futuro potrebbe essere sostituito da qualcos’altro.
Ad esempio, un campo magnetico alternato o la temperatura ambiente. O anche un normale raggio di luce: dopotutto, la maggior parte degli organismi viventi ha fotorecettori.
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