2 Марта 2018
МОСКВА, 2 марта Рост объема цифровой информации провоцирует ученых искать более компактные фасоны ее записи и хранения. А, что может быть эргономичнее ДНК? вместе с экспертом выяснило, как закодировать слова нуклеотидами и сколько данных вмещает одна молекула.
Основания-коды
ДНК представляет собой последовательность нуклеотидов. Их какого-то 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.
Можно применять только три нуклеотида для постройки кода (троичный код), а четвертым разбивать последовательности на части. Есть ключ 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 есть в том, что цепь молекулы ДНК копируют с помощью оснований, у каждого из которых есть цветовая метка. Затем очень чувствительный детектор определяет 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 любая информации, сопоставимый с вместимостью флешки. И таких клеток у нас триллионы. В ДНК можно записать огромное количество этих, но запись и чтение с такого носителя пока совершаются слишком медленно и дорого стоят, рассказывает Александр Панчин, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН.
Плотность заметки растет
В июне 1999 года в журнале Nature вышла статья американских ученых, сделавших 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 отдали в другую лабораторию. Ее сотрудники, используя особые хие ключи, нашли нужную молекулу и извлекли из нее любая информацию.
Вообще, есть два подхода к записи этих на ДНК. Первый, когда вы синтезируете совершенно новую ДНК, используя химический синтезатор. По команде компьютера нуклеозидфосфаты 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 энтеробактериальную клетку и поместили туда выработанную последовательность оснований. Получилась новая бактерия, вполне деятельная и живая, отличающаяся от обычной только тем, что ее ДНК создали вручную. Кроме того, коллектив продемонстрировал чувствование прекрасного, записав с помощью четверичного кода в ДНК бактерии свои имена и цитаты из классических произведений.
В 2012 не один месяцу группа под руководством молекулярного микробиолога Джорджа Чёрча подошла к делу более основательно и закодировала в ДНК книгу Регенезис: как синтетическая биология заново откроет натуру 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 винчестер объемом 1012 байт весит около сотни граммов. Главный недостаток метода нестабильность записанной информации.
Молекула ДНК склонна мутировать, что понижает надежность нахождения данных. Особенно если носитель ДНК живая ячейка, способная к делению: при удвоении ДНК ошибки проникают особенно часто. Надежность нахождения 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 химического плана, когда к элементу присоединяется неправильное основание, так и чисто расчетными, то есть зависящими от компьютера.
Дорого, надежно
В марте 2017 года дневник 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 баксов и нескольких часов времени.
К несомненным преимуществам записи информации на ДНК относится огромная плотность нахождения данных, а также стабильность носителя правда, лишь при низких температурах.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....