Aké informácie sú v DNA
ДНК представляет собой последовательность нуклеотидов. Их всего четыре:
- аденин,
- гуанин,
- тимин,
- cytozín.
Na kódovanie informácií je každému z nich priradený číselný kód. Napríklad tymín - 0, guanín - 1, adenín - 2, cytozín - 3.
Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК. Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счЕт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции).
Okrem kódujúcich sekvencií aj bunková DNAobsahuje sekvencie, ktoré vykonávajú regulačné a štruktúrne funkcie. Genóm eukaryotov navyše často obsahuje oblasti patriace „genetickým parazitom“, napríklad transpozóny.
Kódovanie začína skutočnosťou, že všetky písmená,čísla a obrázky sa konvertujú na binárny kód, to znamená na sekvenciu núl a jednotiek, a už sú prevedené na sekvenciu nukleotidov, to znamená na kvartérny kód.
Existuje mnoho spôsobov, ako čítať DNA.Najbežnejšou technikou je, že reťazec molekúl DNA sa skopíruje pomocou báz, z ktorých každá má farebnú značku. Potom veľmi citlivý detektor prečíta údaje a počítač pomocou farieb zrekonštruuje nukleotidovú sekvenciu.
Ako sa nové informácie objavujú v DNA
Делается это при помощи технологии CRISPR-Cas9, ее еще называют генетические ножницы. Она была разработана восемь лет назад, а в 2020 году была удостоена Нобелевской премии по химии.
Predtým bolo potrebné dlho zaznamenávať informácie a pomocou špeciálneho vybavenia. Tím vedcov z Kolumbijskej univerzity však tento proces zautomatizoval.
Podarilo sa nám naučiť bunky hovoriť s počítačom prostredníctvom elektronických signálov, a tak sťahovať informácie z akéhokoľvek elektronického média.
Харрис Ванг, профессор системной биологии
Autori vysvetľujú, že prekladajú binárnepočítačový program na elektrické impulzy, ktoré sú odoslané do bunky. Na jeho povrchu sú receptory, ktoré tieto signály vnímajú a už ich prekladajú do jazyka DNA, pričom automaticky budujú požadovanú sekvenciu genómu.
V dôsledku toho sa do reťazca DNA pridajú nasledujúcenazývaný príves alebo extra kus. Na rozdiel od informácií z digitálneho počítača je to sada písmen genetického kódu, to znamená analógovej šifry, takže vedec porovnáva tento segment s magnetickou páskou.
Interakcia transkripčného faktora STAT3 s DNA (zobrazená ako modrá špirála)
Koľko informácií je možné zaznamenať v DNA
С помощью новой технологии сотрудников Колумбийского университета удалось закодировать и прочитать 2,14 мегабайт информации. Итоговая физическая плотность записи составила 215 000 000 гигабайт на грамм нуклеиновой кислоты.
Один оборот спирали ДНК в B-форме это примерно 10 пар нуклеотидов. Кодирующей будет одна из нитей т.к. вторая всегда комплиментарна первой.
Таким образом есть 10 ячеек, в каждой из которых может быть одна из четырех букв:
- А,
- T,
- Г,
- Ts.
При использовании четвертичного или двудвоичного кодирования плотность кодирования информации в ДНК составляет два бита на ячейку, то есть 20 бит на один оборот спирали, линейный размер которого примерно 3,4 нанометра объемом ~11 кубических нанометров — это то, что можно записать.
Dnes je možné vytvoriť procesory, v ktorých je 1 bit zapísaný v 10 nanometroch. V DNA je teda na základe lineárnych rozmerov možné zaznamenať asi 60 -krát viac informácií.
Ako spoľahlivé je zaznamenávať informácie o DNA
В марте 2017 года журнал Science опубликовал статью американских ученых, которым удалось записать 2*1017 байт на один грамм ДНК. Биологи подчеркивают, что не потеряли ни байта.
Medzi nepochybné výhody záznamu informácií o DNA patrí obrovská hustota ukladania údajov a stabilita nosiča - aj keď iba pri nízkych teplotách.
В ДНК информация записана в трехмерном аналоговом виде, а это наиболее устойчивая форма. В таком виде данные могут храниться сотни тысяч, а то и миллионы лет, заявил профессор системной биологии Харрис Ванг
záver
Не смотря на все преимущества, технология записи информации на ДНК находится на начальном этапе своего развития. На сегодняшний день синтез ДНК остается все еще очень дорогим, поэтому за мегабайт данных записанных на ДНК «флешку» придется заплатить порядка 3,5 тысячи долларов.
Ученым еще предстоит разработать технологию автоматической передачи информации с ДНК. Также важно упростить способ передачи информации из компьютера в клетку. Сейчас для этого используется поток электронов, но в будущем его можно заменить чем-нибудь другим.
Napríklad striedavé magnetické pole alebo teplota okolia. Alebo dokonca obyčajný lúč svetla - koniec koncov, väčšina živých organizmov má fotoreceptory.
Čítaj viac:
Obrovský ľadovec A74 sa zrazí s pobrežím Antarktídy
V USA sa našli ryby s ľudskými zubami
Divoké kliešte budú v Rusku špeciálne vypustené na kontrolu škodcov