Вибачте за тимчасові незручності є в ДНК
ДНК є послідовністю нуклеотидів. Їх лише чотири:
- аденін,
- гуанін,
- тімін,
- цитозин.
Для кодування інформації кожному з них приписують цифру-код. Наприклад, тимін - 0, гуанін - 1, аденін - 2, цитозин -3.
Послідовність нуклеотидів дозволяє«кодувати» інформацію про різні типи РНК. Всі ці типи РНК синтезуються на матриці ДНК за рахунок копіювання послідовності ДНК в послідовність РНК, що синтезується в процесі транскрипції, і беруть участь у біосинтезі білків (процесі трансляції).
Крім кодують послідовностей, ДНК клітинмістить послідовності, що виконують регуляторні і структурні функції. Крім того, в геномі еукаріотів часто зустрічаються ділянки, що належать «генетичним паразитам», наприклад транспозони.
Кодування починається з того, що всі букви,цифри і зображення переводять в двійковий код, тобто послідовність нулів і одиниць, а їх уже - в послідовність нуклеотидів, тобто четверичной код.
Зчитувати ДНК можна по-різному.Найпоширеніша методика - ланцюжок молекули ДНК копіюють за допомогою підстав, у кожного з яких є колірна мітка. Потім дуже чутливий детектор зчитує дані, і за кольорами комп'ютер відновлює послідовність нуклеотидів.
Як в ДНК з'являється нова інформація
Робиться це за допомогою технології CRISPR-Cas9, її ще називають генетичні ножиці. Вона була розроблена вісім років тому, а у 2020 році була удостоєна Нобелівської премії з хімії.
Раніше записувати інформацію потрібно було довго і за допомогою спеціального обладнання. Однак група вчених з Колумбійського університету автоматизувала цей процес.
Нам вдалося навчити клітини розмовляти з комп'ютером за допомогою електронних сигналів і таким чином скачувати інформацію з будь-якого електронного носія.
Харріс Ванг, професор системної біології
Автори пояснюють, що вони переводять двійкового кодукомп'ютерної програми в електричні імпульси, які посилають в клітку. На її поверхні є рецептори, які сприймають ці сигнали і вже перекладають їх мовою ДНК, автоматично вибудовуючи потрібну послідовність генома.
В результаті до ланцюжка ДНК додається такзваний причіп або додатковий фрагмент. На відміну від цифрової комп'ютерної інформації, він являє собою набір букв генетичного коду, тобто аналоговий шифр, тому вчений порівнює цей відрізок з магнітною стрічкою.
Взаємодія фактора транскрипції STAT3 з ДНК (показана у вигляді синьої спіралі)
Який обсяг інформації можна записати в ДНК
За допомогою нової технології працівниківКолумбійського університету вдалося закодувати і прочитати 2,14 мегабайт інформації. Підсумкова фізична щільність запису склала 215 000 000 гігабайт на грам нуклеїнової кислоти.
Один оборот спіралі ДНК в B-формі це приблизно 10 пар нуклеотидів.
Таким чином є 10 осередків, у кожному з яких може бути одна з чотирьох букв:
- А,
- T,
- Г,
- Ц.
При використанні четвертинного або дводвійковогокодування щільність кодування інформації в ДНК становить два біти на комірку, тобто 20 біт на один оберт спіралі, лінійний розмір якого приблизно 3,4 нанометра об'ємом nbsp; ~11 кубічних нанометрів – це те, що можна записати.
Сьогодні можна створювати процесори, в яких 1 біт записується на 10 нанометрів. Таким чином, в ДНК, виходячи з лінійних розмірів, можна записати приблизно в 60 разів більше інформації.
Наскільки надійно записувати інформацію на ДНК
У березні 2017 року журнал Science опублікував статтю американських вчених, яким вдалося записати 2*1017 байт на один грам ДНК. Біологи підкреслюють, що не втратили жодного байта.
До безперечних переваг запису інформації на ДНК відноситься величезна щільність зберігання даних, а також стабільність носія - правда, лише при низьких температурах.
У ДНК інформація записана у тривимірному аналоговомувиді, а це найбільш стійка форма. У такому вигляді дані можуть зберігатися сотні тисяч, а то й мільйони років, заявив професор системної біології Харріс Ванг
висновок
Незважаючи на всі переваги, технологія записуінформації на ДНК знаходиться на початковому етапі свого розвитку. На сьогоднішній день синтез ДНК залишається все ще дуже дорогим, тому за мегабайт даних записаних на ДНК «флешку» доведеться заплатити близько 3,5 тисяч доларів.
Вченим ще належить розробити технологіюавтоматичної передачі інформації із ДНК. Також важливо спростити спосіб передачі з комп'ютера в клітину. Зараз для цього використовується потік електронів, але в майбутньому його можна замінити чимось іншим.
Наприклад, змінним магнітним полем або температурою зовнішнього середовища. Або навіть звичайним променем світла - адже фоторецептори є у більшості живих організмів.
Читати далі:
Гігантський айсберг A74 зіткнувся з узбережжям Антарктиди
У США виявили рибу з людськими зубами
У Росії спеціально випустять диких кліщів для боротьби зі шкідниками