Welke informatie zit in het DNA?
DNA is een reeks nucleotiden. Er zijn er maar vier:
- adenine,
- guanine,
- Timijn,
- cytosine.
Om informatie te coderen, wordt aan elk van hen een cijfercode toegewezen. Bijvoorbeeld thymine - 0, guanine - 1, adenine - 2, cytosine - 3.
De nucleotidesequentie maakt dit mogelijkInformatie over verschillende typen RNA ‘coderen’. Al deze soorten RNA worden op een DNA-sjabloon gesynthetiseerd door een DNA-sequentie te kopiëren naar een RNA-sequentie die tijdens het transcriptieproces wordt gesynthetiseerd, en nemen deel aan de biosynthese van eiwitten (translatieproces).
Naast coderende sequenties, cel-DNAbevat sequenties die regulerende en structurele functies uitvoeren. Bovendien bevat het genoom van eukaryoten vaak regio's die behoren tot "genetische parasieten", bijvoorbeeld transposons.
Coderen begint met het feit dat alle letters,getallen en afbeeldingen worden omgezet in een binaire code, dat wil zeggen een reeks nullen en enen, en ze zijn al omgezet in een reeks nucleotiden, dat wil zeggen een quaternaire code.
Er zijn veel manieren om DNA te lezen.De meest gebruikelijke techniek is dat een keten van DNA-moleculen wordt gekopieerd met behulp van basen, die elk een kleurmarkering hebben. Dan leest een zeer gevoelige detector de gegevens, en de computer gebruikt de kleuren om de nucleotidesequentie te reconstrueren.
Hoe nieuwe informatie in DNA verschijnt
Dit gebeurt met behulp van de CRISPR-Cas9-technologie, ook wel genetische schaar genoemd. Het werd acht jaar geleden ontwikkeld en kreeg in 2020 de Nobelprijs voor de Scheikunde.
Voorheen was het nodig om informatie lange tijd en met behulp van speciale apparatuur vast te leggen. Een team van wetenschappers van Columbia University heeft dit proces echter geautomatiseerd.
We zijn erin geslaagd om cellen te leren praten met een computer door middel van elektronische signalen en zo informatie van elk elektronisch medium te downloaden.
Harris Wang, hoogleraar systeembiologie
De auteurs leggen uit dat ze binair vertaleneen computerprogramma in elektrische impulsen die naar de cel worden gestuurd. Op het oppervlak bevinden zich receptoren die deze signalen waarnemen en deze al vertalen in de taal van DNA, waardoor automatisch de vereiste genoomsequentie wordt opgebouwd.
Hierdoor wordt het volgende aan de DNA-keten toegevoegd:aanhanger of extra stuk genoemd. In tegenstelling tot digitale computerinformatie is het een reeks letters van de genetische code, dat wil zeggen een analoog cijfer, dus de wetenschapper vergelijkt dit segment met een magnetische band.
Interactie van de transcriptiefactor STAT3 met DNA (weergegeven als een blauwe helix)
Hoeveel informatie kan in DNA worden vastgelegd
Gebruik maken van nieuwe werknemerstechnologieColumbia University kon 2,14 megabytes aan informatie coderen en lezen. De uiteindelijke fysieke opnamedichtheid was 215.000.000 gigabytes per gram nucleïnezuur.
Eén winding van de B-vorm DNA-helix is ongeveer 10 basenparen. Een van de threads zal coderen omdat de tweede is altijd complementair aan de eerste.
Er zijn dus 10 cellen, die elk een van de vier letters kunnen bevatten:
- A,
- T,
- G,
- Ts.
Bij gebruik van quaternair of binairDe coderingsdichtheid van de informatie die in DNA wordt gecodeerd, is twee bits per cel, dat wil zeggen 20 bits per draaiing van de helix, waarvan de lineaire grootte ongeveer 3,4 nanometer in volume is. ~11 kubieke nanometer is wat kan worden opgeschreven.
Tegenwoordig is het mogelijk om processors te maken waarin 1 bit wordt geschreven op 10 nanometer. In DNA is het dus mogelijk om op basis van de lineaire dimensies ongeveer 60 keer meer informatie vast te leggen.
Hoe betrouwbaar is het om informatie over DNA vast te leggen?
In maart 2017 publiceerde het tijdschrift Science een artikel van Amerikaanse wetenschappers die erin slaagden 2*1017 bytes per gram DNA vast te leggen. Biologen benadrukken dat ze geen enkele byte verloren hebben.
De onbetwiste voordelen van het vastleggen van informatie op DNA zijn de enorme opslagdichtheid van gegevens, evenals de stabiliteit van de drager - zij het alleen bij lage temperaturen.
In DNA wordt informatie vastgelegd in een driedimensionale analoogvorm, en dit is de meest stabiele vorm. In deze vorm kunnen gegevens honderdduizenden of zelfs miljoenen jaren worden bewaard, zegt hoogleraar systeembiologie Harris Wang.
conclusie
Ondanks alle voordelen, opnametechnologieinformatie over DNA bevindt zich in de beginfase van zijn ontwikkeling. Tegenwoordig blijft de DNA-synthese erg duur, dus voor een megabyte aan gegevens die op een DNA-flashdrive zijn vastgelegd, moet je ongeveer 3,5 duizend dollar betalen.
Wetenschappers moeten de technologie nog ontwikkelenautomatische overdracht van informatie uit DNA. Het is ook belangrijk om de manier waarop informatie van de computer naar de cel wordt overgedragen, te vereenvoudigen. Momenteel wordt hiervoor gebruik gemaakt van een stroom elektronen, maar in de toekomst zou dit door iets anders kunnen worden vervangen.
Bijvoorbeeld een wisselend magnetisch veld of omgevingstemperatuur. Of zelfs een gewone lichtstraal - de meeste levende organismen hebben immers fotoreceptoren.
Lees verder:
Gigantische ijsberg A74 botst met kust van Antarctica
Vissen met menselijke tanden gevonden in de Verenigde Staten
Wilde teken worden speciaal in Rusland uitgezet voor ongediertebestrijding