ДНК молекулите са привлекателни за съхранение на данни по няколко

ДНК молекулите са привлекателни за предпазване на данни по няколко аргументи
(снимка: CC0 Public Domain)

Твърдите дискове и оптичните устройства съхраняват гигабитове цифрови данни с едно натискане на бутон. Но тези технологии – като магнитните ленти и флопи дисковете преди тях – са склонни да стареят и да станат нечетими, когато бъдат изпреварени от нова технология. Учени са измислили метод за електронно записване на данни в ДНК на живите бактерии – вид за предпазване, който скоро няма да остарее.

„ Това е в действителност хубава стъпка, която един ден може да подтиква комерсиалното развиване [на технологията] ”, споделя за създаването Сет Шипман, биоинженер в Института Гладстоун и Калифорнийския университет, Сан Франциско, представен от. Той отбелязва обаче, че приложенията на технологията в действителния свят към момента са доста надалеч.

ДНК е привлекателна за предпазване на данни по няколко аргументи. Първо, молекулата на живота е над 1000 пъти по-плътна от най-компактните твърди дискове, което ѝпозволява да съхранява еквивалента на 10 пълнометражни цифрови кино лентата в размера на зърно. И защото ДНК е от главно значение за биологията, технологиите за запис и четене от нея се чака да станат по-евтини и по-мощни с времето.

Съхраняването на данни в ДНК не е нова концепция. За задачата откривателите нормално преобразуват низа от цифрови единици и нули от файл с данни в комбинации от четирите основи на молекулата: аденин, гуанин, цитозин и тимин. След това употребяват ДНК синтезатор, с цел да запишат този код в ДНК.
още по тематиката
Но точността на ДНК синтеза понижава с увеличение на дължината на кода, тъй че откривателите нормално разрушават файла си на части и ги записват във фрагменти от ДНК с дължина сред 200 и 300 бази. На всеки откъс се дава показател за идентифициране на местоположението му във файла, а ДНК секвенсорите по-късно четат фрагментите, с цел да сглобят още веднъж файла.

Подобна технология е скъпоструваща – до 3500 $ за синтезиране на 1 мегабит информация. А флаконите с ДНК, в които се съхранява информацията, могат да се разградят с времето.

За да основат дълготрайна, по-лесна за шифроване среда, откривателите се пробват да запишат данни в ДНК на живите организми, които копират и предават гените си на идващото потомство. През 2017 година екип, управителен от Харис Уанг, систематичен биолог от Колумбийския университет, употребява системата за редактиране на гени CRISPR, с цел да разпознае биологичен сигнал, като да вземем за пример съществуването на захарна фруктоза. Когато откривателите прибавят фруктоза към клетките на Ешерихия коли (Escherichia coli), генната експресия се усилва в битове на пръстеновидна ДНК, наречена плазмиди.

След това съставените елементи на CRISPR – които се развиха, с цел да защитят бактериите от вирусни нашественици – нарязват свръхекспресиращия плазмид на части и вкарват част от него в характерна част от ДНК на бактерията, която „ помни ” предходни вирусни нашественици. Вмъкнатият генетичен обичай съставлява в действителност цифрова единица. Ако фруктозният сигнал липсваше, бактериите щяха да съхраняват случаен обичай ДНК, представляващ цифрова нула. След това секвенирането на ДНК на Е. coli разкрива дали бактериите са били изложени на фруктоза посредством единица или нула.

Но защото тази конфигурация може да съхранява единствено няколко бита данни, Уанг и сътрудниците му заменят системата за различаване на фруктоза с такава, която може да кодира по-дълги низове информация: електронен вход. Те вмъкват серия от гени в Е. coli, които разрешават на клетките да усилят експресията на плазмид в отговор на електрическо напрежение. Както при настройката на фруктоза, увеличението на експресията кара цифровата единица да се съхранява в ДНК на бактерията. За да прочетат единиците и нулите, откривателите просто са секвенирали бактериите.

Използвайки този метод, Уанг и сътрудниците му кодират електрически до 72 бита данни, с цел да напишат известието „ Здравей, свят! ”. Експериментът е разказан в детайли в. Учените демонстрират също, че могат да прибавят Е. coli с посланието си към композиция от естествени почвени микроби – и по-късно да подредят сместа, с цел да възстановят съхраненото известие.

Уанг споделя, че към момента е рано за предпазване на данни в живите организми. „ Няма да се конкурираме с актуалните системи за предпазване наизуст ”, споделя той. Изследователите ще би трябвало да измислят способи да предотвратят разграждането на техните известия, защото бактериите мутират, до момента в който се репликират.