Vilken information finns i DNA
DNA är en sekvens av nukleotider. Det finns bara fyra av dem:
- adenin,
- guanin,
- Timin,
- cytosin.
För att koda information tilldelas var och en av dem en sifferkod. Till exempel tymin - 0, guanin - 1, adenin - 2, cytosin - 3.
Nukleotidsekvensen tillåter”kodar” information om olika typer av RNA Alla dessa typer av RNA syntetiseras på en DNA-mall genom att kopiera en DNA-sekvens till en RNA-sekvens som syntetiseras under transkriptionsprocessen och deltar i proteinbiosyntesen (translationsprocess).
Förutom kodande sekvenser, cell -DNAinnehåller sekvenser som utför reglerande och strukturella funktioner. Dessutom innehåller genomet för eukaryoter ofta regioner som tillhör "genetiska parasiter", till exempel transposoner.
Kodningen börjar med att alla bokstäver,siffror och bilder omvandlas till binär kod, det vill säga en sekvens av nollor och enor, och de omvandlas redan till en sekvens av nukleotider, det vill säga en kvaternär kod.
Det finns många sätt att läsa DNA.Den vanligaste tekniken är att en kedja av DNA -molekyler kopieras med hjälp av baser, som alla har ett färgmärke. Sedan läser en mycket känslig detektor data, och datorn använder färgerna för att rekonstruera nukleotidsekvensen.
Hur ny information visas i DNA
Detta görs med hjälp av CRISPR-Cas9-teknik, även kallad genetisk sax. Den utvecklades för åtta år sedan och belönades med 2020 års Nobelpris i kemi.
Tidigare var det nödvändigt att registrera information under lång tid och med hjälp av specialutrustning. Ett team av forskare från Columbia University har dock automatiserat denna process.
Vi lyckades lära celler att prata med en dator genom elektroniska signaler och därmed ladda ner information från valfritt elektroniskt medium.
Harris Wang, professor i systembiologi
Författarna förklarar att de översätter binärtett datorprogram till elektriska impulser som skickas till cellen. På dess yta finns det receptorer som uppfattar dessa signaler och redan översätter dem till DNA -språket och automatiskt bygger den erforderliga genomsekvensen.
Som ett resultat läggs följande till DNA -kedjankallas trailer eller extra bit. Till skillnad från digital datorinformation är det en uppsättning bokstäver i den genetiska koden, det vill säga en analog chiffer, så forskaren jämför detta segment med ett magnetband.
Interaktion mellan transkriptionsfaktorn STAT3 och DNA (visas som en blå helix)
Hur mycket information kan registreras i DNA
Använda ny personalteknikColumbia University kunde koda och läsa 2,14 megabyte information. Den slutliga fysiska inspelningstätheten var 215 000 000 gigabyte per gram nukleinsyra.
Ett varv av B-formens DNA-helix är ungefär 10 baspar. En av trådarna kommer att koda pga den andra är alltid komplement till den första.
Det finns alltså 10 celler, som var och en kan innehålla en av fyra bokstäver:
- A,
- T,
- G,
- Ts.
När du använder kvartär eller binärkodningstätheten för information som kodar i DNA är två bitar per cell, det vill säga 20 bitar per varv av helixen, vars linjära storlek är cirka 3,4 nanometer i volym ~11 kubiknanometer är vad som kan skrivas ner.
Idag är det möjligt att skapa processorer där 1 bit skrivs på 10 nanometer. Således, i DNA, baserat på de linjära dimensionerna, är det möjligt att registrera cirka 60 gånger mer information.
Hur tillförlitligt är det att registrera information om DNA
I mars 2017 publicerade tidningen Science en artikel av amerikanska forskare som lyckades spela in 2*1017 byte per gram DNA. Biologer betonar att de inte har förlorat en enda byte.
De otvivelaktiga fördelarna med att registrera information om DNA inkluderar den enorma lagringstätheten av data, såväl som bärarens stabilitet - om än bara vid låga temperaturer.
I DNA registreras information i tredimensionell analogform, och detta är den mest stabila formen. I den här formen kan data lagras i hundratusentals eller till och med miljoner år, sa professor i systembiologi Harris Wang
slutsats
Trots alla fördelar, inspelningsteknikinformation om DNA är i det inledande skedet av dess utveckling. Idag är DNA-syntesen fortfarande mycket dyr, så för en megabyte data som registreras på en DNA-flashenhet måste du betala cirka 3,5 tusen dollar.
Forskare har ännu inte utvecklat teknikenautomatisk överföring av information från DNA. Det är också viktigt att förenkla hur information överförs från datorn till cellen. För närvarande använder detta en ström av elektroner, men i framtiden kan det ersättas av något annat.
Till exempel ett växlande magnetfält eller omgivningstemperatur. Eller till och med en vanlig ljusstråle - trots allt har de flesta levande organismer fotoreceptorer.
Läs mer:
Giant isberg A74 krockar med Antarktis kust
Fisk med mänskliga tänder som finns i USA
Vilda fästingar kommer att släppas speciellt i Ryssland för bekämpning av skadedjur