Veksten i volumet av digital informasjon ber forskere om å se etter mer kompakte måter å registrere og lagre den på. Og hva kan være mer kompakt enn DNA? RIA Novosti fant sammen med en ekspert ut hvordan man kan kode ord med nukleotider og hvor mye data ett molekyl inneholder.
Reasons-koder
DNA er en sekvens av nukleotider. Det er bare fire av dem: adenin, guanin, timin, cytosin. For å kode informasjon tildeles hver av dem en sifferkode. For eksempel tymin - 0, guanin - 1, adenin - 2, cytosin - 3. Koding begynner med at alle bokstaver, tall og bilder blir konvertert til en binær kode, det vil si en sekvens av nuller og en, og de er allerede konvertert til en sekvens med nukleotider, det vil si en kvartær kode.
Før du koder dataene til DNA, må du oversette dem til en digital kode / Illustrasjon av RIA Novosti. Alina Polyanina.
Bare tre nukleotider kan brukes til å bygge en kode (ternær kode), og den fjerde er å dele sekvenser i deler. Det er et alternativ med konstruksjon av baser i form av en binær kode, når to av dem tilsvarer null, og to tilsvarer en.
Flere teknikker brukes til lesing. Noe av det vanligste er at en kjede av et DNA-molekyl kopieres ved bruk av baser, som hver har en fargeetikett. Da leser en veldig følsom detektor dataene, og datamaskinen bruker fargene for å rekonstruere nukleotidsekvensen.
“DNA-molekylet er veldig romslig. Selv i bakterier inneholder den vanligvis rundt en million baser, og hos mennesker så mange som tre milliarder. Det vil si at hver menneskelig celle har et volum av informasjon som kan sammenlignes med kapasiteten til en flash-stasjon. Og vi har billioner av slike celler. En enorm mengde data kan registreres i DNA, men skriving og lesing fra et slikt medium er fremdeles for tregt og kostbart, sier Alexander Panchin, doktorgrad, seniorforsker ved Institute for Information Transmission Problems oppkalt etter A. A. Kharkevich, Russian Academy of Sciences.
Salgsfremmende video:
Opptakstettheten vokser
I juni 1999 publiserte tidsskriftet Nature en artikkel av amerikanske forskere som utviklet en teknikk for å sende hemmelige meldinger ved hjelp av DNA. De syntetiserte et molekyl ved å inkorporere en nukleotidsekvens dannet ved bruk av en kvartær kode. Det hemmelige DNAet i blandingen ble sendt til et annet laboratorium. Ansatte ved hjelp av spesielle kjemiske nøkler fant det ønskede molekylet og hentet ut informasjon fra det.
Generelt er det to tilnærminger til registrering av data om DNA. Det første er når du syntetiserer helt nytt DNA ved hjelp av en kjemisk synthesizer. På kommando av datamaskinen blir nukleotider lagt til løsningen i en viss rekkefølge, og den nødvendige basekjeden "vokser gradvis". I det andre tilfellet blir data kodet i det allerede eksisterende DNA fra en organisme, forklarer Panchin.
I mai 2010 publiserte gruppen til Craig Venter, som først kartla menneskets genom, en artikkel om dannelsen av en kunstig bakterie. De tok en bakteriecelle renset fra genomet og la den dannede basesekvensen der. Resultatet er en ny bakterie, ganske aktiv og levende, som skiller seg fra den vanlige bare ved at dens DNA ble opprettet for hånd. I tillegg demonstrerte teamet en følelse av skjønnhet ved å skrive navn og sitater fra klassikere ved å bruke en kvartær kode i bakterie-DNA.
I 2012 tok en gruppe ledet av molekylærbiolog George Church en mer grunnleggende tilnærming og DNA-kodet en 52 000 ord stor bok Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves, flere bilder og ett Java-program. De brukte binær kode. Den totale datamengden var 658 kilobyte. Informasjonstettheten ble funnet å være nesten 1018 byte per gram molekyler. Til sammenligning veier en 1012-byte harddisk omtrent hundre gram. Den største ulempen med denne metoden er ustabiliteten til den innspilte informasjonen.
DNA-molekylet har en tendens til å mutere, noe som reduserer påliteligheten av datalagring. Spesielt hvis bæreren av DNA er en levende celle som kan deles: når DNA dupliseres, kryper feil inn spesielt ofte. Pålitelighet for datalagring vil øke hvis du har tusenvis av kopier av den samme meldingen. Eller bare lagre DNA, si, i fryseren. Ved lave temperaturer reduseres molekylets evne til å mutere betydelig, forklarer eksperten.
I tillegg går informasjon noen ganger tapt når du leser. Feil kan være av kjemisk karakter når en feil base er festet til et element, eller rent beregnet, det vil si avhengig av datamaskinen.
Dyrt, pålitelig
I mars 2017 publiserte Science magazine en artikkel av amerikanske forskere som klarte å skrive 2 * 1017 byte per gram DNA. Biologer understreker at de ikke har mistet en eneste byte. Enkelt sagt er det vi registrerte hva vi fikk ved avkjørselen.
For en vanlig bruker er en "genetisk flash-enhet" ennå ikke tilgjengelig, fordi det er veldig dyrt å lagre informasjon på den, og lese- / skrivehastigheten er lav. Forskere anslår at det å lese bare en megabyte krever omtrent tre og et halvt tusen dollar og flere timers tid.
De utvilsomme fordelene med å registrere informasjon om DNA inkluderer den enorme lagringstettheten av data, samt stabiliteten til bæreren - imidlertid bare ved lave temperaturer.
