Jakie informacje są w DNA
DNA to sekwencja nukleotydów. Jest ich tylko czterech:
- adenina,
- guanina,
- Timin,
- cytozyna.
Aby zakodować informacje, każdemu z nich przypisany jest kod cyfrowy. Na przykład tymina - 0, guanina - 1, adenina - 2, cytozyna - 3.
Sekwencja nukleotydów pozwala„kodują” informacje o różnych typach RNA. Wszystkie te typy RNA syntetyzowane są na matrycy DNA poprzez kopiowanie sekwencji DNA do sekwencji RNA syntetyzowanej w procesie transkrypcji i biorą udział w biosyntezie białek (procesie translacji).
Oprócz sekwencji kodujących DNA komórkizawiera sekwencje pełniące funkcje regulacyjne i strukturalne. Ponadto genom eukariontów często zawiera regiony należące do „pasożytów genetycznych”, na przykład transpozony.
Kodowanie zaczyna się od tego, że wszystkie litery,liczby i obrazy są konwertowane na kod binarny, czyli ciąg zer i jedynek, a już są konwertowane na sekwencję nukleotydów, czyli kod czwartorzędowy.
Istnieje wiele sposobów odczytywania DNA.Najpopularniejszą techniką jest kopiowanie łańcucha cząsteczek DNA przy użyciu zasad, z których każda ma kolorowe oznaczenie. Następnie bardzo czuły detektor odczytuje dane, a komputer używa kolorów do rekonstrukcji sekwencji nukleotydów.
Jak nowe informacje pojawiają się w DNA
Odbywa się to przy użyciu technologii CRISPR-Cas9, zwanej także nożyczkami genetycznymi. Został opracowany osiem lat temu i otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rok 2020.
Wcześniej konieczne było rejestrowanie informacji przez długi czas i przy pomocy specjalnego sprzętu. Jednak zespół naukowców z Columbia University zautomatyzował ten proces.
Udało nam się nauczyć komórki rozmawiać z komputerem za pomocą sygnałów elektronicznych, a tym samym pobierać informacje z dowolnego nośnika elektronicznego.
Harris Wang, profesor biologii systemów
Autorzy wyjaśniają, że tłumaczą binarneprogram komputerowy na impulsy elektryczne, które są wysyłane do komórki. Na jego powierzchni znajdują się receptory, które odbierają te sygnały i już tłumaczą je na język DNA, automatycznie budując wymaganą sekwencję genomu.
W rezultacie do łańcucha DNA dodawane są następujące elementyzwany przyczepą lub dodatkowym elementem. W przeciwieństwie do cyfrowej informacji komputerowej jest to zestaw liter kodu genetycznego, czyli szyfru analogowego, więc naukowiec porównuje ten segment z taśmą magnetyczną.
Oddziaływanie czynnika transkrypcyjnego STAT3 z DNA (przedstawione jako niebieska helisa)
Ile informacji można zapisać w DNA
Korzystanie z nowych technologii pracowniczychUniwersytet Columbia był w stanie zakodować i odczytać 2,14 megabajta informacji. Końcowa gęstość zapisu fizycznego wyniosła 215 000 000 gigabajtów na gram kwasu nukleinowego.
Jeden obrót helisy DNA w formie B to około 10 par zasad. Jeden z wątków będzie kodowany, ponieważ drugi jest zawsze uzupełnieniem pierwszego.
Zatem istnieje 10 komórek, z których każda może zawierać jedną z czterech liter:
- A,
- T,
- G,
- Ts.
Podczas używania czwartorzędowego lub binarnegogęstość kodowania informacji kodowanej w DNA wynosi dwa bity na komórkę, czyli 20 bitów na obrót helisy, której rozmiar liniowy wynosi w przybliżeniu 3,4 nanometra objętości Można zapisać ~11 nanometrów sześciennych.
Obecnie możliwe jest tworzenie procesorów, w których 1 bit jest zapisany w 10 nanometrach. Tak więc w DNA, na podstawie wymiarów liniowych, można zapisać około 60 razy więcej informacji.
Na ile wiarygodne jest zapisywanie informacji na DNA?
W marcu 2017 roku magazyn Science opublikował artykuł amerykańskich naukowców, którym udało się zarejestrować 2*1017 bajtów na gram DNA. Biolodzy podkreślają, że nie stracili ani jednego bajtu.
Niewątpliwymi zaletami zapisu informacji na DNA jest ogromna gęstość przechowywania danych, a także stabilność nośnika - choć tylko w niskich temperaturach.
W DNA informacja jest zapisywana w formie trójwymiarowego analoguformie i jest to najbardziej stabilna forma. W tej formie dane mogą być przechowywane przez setki tysięcy, a nawet miliony lat, powiedział profesor biologii systemowej Harris Wang
Wniosek
Pomimo wszystkich zalet, technologia nagrywaniainformacja o DNA jest na początkowym etapie swojego rozwoju. W dzisiejszych czasach synteza DNA pozostaje bardzo kosztowna, dlatego za megabajt danych zapisanych na „flashu” DNA trzeba będzie zapłacić około 3,5 tys. dolarów.
Naukowcy nie opracowali jeszcze tej technologiiautomatyczny transfer informacji z DNA. Ważne jest także uproszczenie sposobu przesyłania informacji z komputera do komórki. Obecnie wykorzystuje się do tego strumień elektronów, ale w przyszłości można go zastąpić czymś innym.
Na przykład zmienne pole magnetyczne lub temperatura otoczenia. Lub nawet zwykły promień światła - w końcu większość żywych organizmów ma fotoreceptory.
Czytaj więcej:
Olbrzymia góra lodowa A74 zderza się z wybrzeżem Antarktydy
Ryby z ludzkimi zębami znalezione w Stanach Zjednoczonych
Dzikie kleszcze zostaną specjalnie wypuszczone w Rosji w celu zwalczania szkodników