Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
Рассылка
Получайте главные новости дня от Mail Hi-Tech
, Источник: РИА Новости

Генетическая флешка: как записать книгу на ДНК

Рост объема цифровой информации побуждает ученых искать более компактные способы ее записи и хранения. А что может быть компактнее ДНК? РИА Новости вместе с экспертом выяснило, как закодировать слова нуклеотидами и сколько данных вмещает одна молекула.

Основания-коды

ДНК представляет собой последовательность нуклеотидов. Их всего четыре: аденин, гуанин, тимин, цитозин. Для кодирования информации каждому из них приписывают цифру-код. Например, тимин — 0, гуанин — 1, аденин — 2, цитозин —3. Кодирование начинается с того, что все буквы, цифры и изображения переводят в двоичный код, то есть последовательность нулей и единиц, а их уже — в последовательность нуклеотидов, то есть четверичный код.

Изображение: РИА "Новости"

Можно применять только три нуклеотида для постройки кода (троичный код), а четвертым — разбивать последовательности на части. Есть вариант с построением оснований в виде двоичного кода, когда два из них соответствуют нулю, а два — единице.

Для считывания применяют несколько методик. Одна из самых распространенных заключается в том, что цепочку молекулы ДНК копируют с помощью оснований, у каждого из которых есть цветовая метка. Затем очень чувствительный детектор считывает данные, и по цветам компьютер восстанавливает последовательность нуклеотидов.

«Молекула ДНК очень емкая. Даже у бактерии она, как правило, содержит около миллиона оснований, а у человека — целых три миллиарда. То есть каждая клетка человека несет объем информации, сопоставимый с вместимостью флешки. И таких клеток у нас триллионы. В ДНК можно записать огромное количество данных, но запись и чтение с такого носителя пока происходят слишком медленно и дорого стоят», — рассказывает Александр Панчин, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН.

Плотность записи растет

В июне 1999 года в журнале Nature вышла статья американских ученых, разработавших технику отправки секретных сообщений с помощью ДНК. Они синтезировали молекулу, включив в нее последовательность нуклеотидов, сформированную с использованием четверичного кода. Секретную ДНК в составе смеси отправили в другую лабораторию. Ее сотрудники, используя особые химические ключи, нашли нужную молекулу и извлекли из нее информацию.

«Вообще, есть два подхода к записи данных на ДНК. Первый, когда вы синтезируете совершенно новую ДНК, используя химический синтезатор. По команде компьютера нуклеотиды добавляются в раствор в определенном порядке, и постепенно “вырастает” нужная цепочка оснований. Во втором случае кодируются данные в уже существующей ДНК какого-то организма», — поясняет Панчин.

В мае 2010 года группа Крейга Вентера, который первым составил карту генома человека, опубликовала работу о создании искусственной бактерии. Они взяли за основу очищенную от генома бактериальную клетку и поместили туда сформированную последовательность оснований. Получилась новая бактерия, вполне деятельная и живая, отличающаяся от обычной только тем, что ее ДНК создали вручную. Кроме того, коллектив продемонстрировал чувство прекрасного, записав с помощью четверичного кода в ДНК бактерии свои имена и цитаты из классических произведений.

Изображение: Getty

В 2012 году группа под руководством молекулярного биолога Джорджа Чёрча подошла к делу более основательно и закодировала в ДНК книгу «Регенезис: как синтетическая биология заново откроет природу и нас самих» объемом в 52 тысячи слов, несколько картинок и одну программу, написанную на Java. Они применяли двоичный код. Общий объем данных составил 658 килобайт. Плотность информации оказалась равна почти 1018 байт на грамм молекул. Для сравнения: жесткий диск объемом 1012 байт весит около сотни граммов. Главный недостаток метода — нестабильность записанной информации.

«Молекула ДНК склонна мутировать, что понижает надежность хранения данных. Особенно если носитель ДНК — живая клетка, способная к делению: при удвоении ДНК ошибки закрадываются особенно часто. Надежность хранения данных повысится, если иметь тысячи копий одного и того же послания. Ну или просто хранить ДНК, скажем, в морозильнике. При низких температурах способность молекулы к мутации значительно снижается», — поясняет эксперт.

Кроме того, информация иногда теряется при чтении. Ошибки могут быть как химического плана, когда к элементу присоединяется неправильное основание, так и чисто расчетными, то есть зависящими от компьютера.

Дорого, надежно

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. Говоря проще, что записали, то и получили на выходе.

Для обычного пользователя «генетическая флешка» пока недоступна, потому что хранить информацию на ней очень дорого, а скорость чтения/записи — низкая. По оценкам ученых, считывание лишь одного мегабайта требует около трех с половиной тысяч долларов и нескольких часов времени.

К несомненным преимуществам записи информации на ДНК относится огромная плотность хранения данных, а также стабильность носителя — правда, лишь при низких температурах.

Читайте также: Новая компания предлагает клиентам продавать свой геном за криптовалюту и Ученые представили самый маленький в мире «магнитофон» на живой бактерии

Расскажите друзьям о том, как записать на ДНК книгу, для этого нажмите на одну из кнопок ниже
Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Вы подписались на рассылку.Отменить
Подписаться на рассылку
Комментарии
8
kommen tator
что за странный нуклеотид гуанин? есть ли что общего кроме звучания с ГУАНО?
СсылкаПожаловаться
SGM
Скоро все эти новые бактерии-ДНК-флешки расползутся из лабораторий... А лекарство от них успеем придумать?
СсылкаПожаловаться
Евгений Борисов
Понятно, будут сажать
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Вы не ввели текст комментария
Вы не ввели текст комментария
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас
Новости Mail.ru Hi-Tech