Американці надрукували книгу на молекулах ДНК

У США біоінженери "надрукували" книгу з 53 тисяч слів на молекулах ДНК і прочитали її за допомогою пристрою секвенування, досягнувши рекордної щільності запису інформації на сьогодні.

Молекули ДНК - надійний пристрій для зберігання інформації, оскільки вони добре захищені від помилок читання і запису.

Учені намагаються пристосувати їх для зберігання довільних даних з 1988 року, коли американським біоінформатикам вперше вдалося записати 7,9 кілобайт інформації на молекулу ДНК і прочитати її.

Група вчених під керівництвом Шрірама Косурі з Гарвардської медичної школи в Бостоні (США) розробила особливий комп'ютерний алгоритм, що дозволяє стиснути і підготувати для запису на молекулу ДНК практично необмежений обсяг інформації.

Відповідно до цієї методики, дані розбиваються на шматки однакової довжини і записуються на короткі фрагменти ДНК завдовжки в 159 нуклеотидів. Кожен такий блок містить 96 біт даних, 19-бітну адресу блоку і два фрагменти по 22 біта, що кодують початок і кінець "пакета" інформації. У кожному випадку один нуклеотид кодує один біт даних - азотисті основи аденін (А) і цитозин (С) позначають логічну "одиницю", а гуанін (G) і тимін (T) - логічний нуль.

При записі інформації блоки синтезуються з окремих нуклеотидів за допомогою струменевого ДНК-принтера. Наявність адреси у кожного блоку дозволяє зберігати інформацію у вигляді суміші з коротких послідовностей нуклеотидів, а не єдиного ланцюжка ДНК. Це дозволяє зберігати практично необмежений обсяг інформації, збільшуючи довжину адресної частини блоку.

Косурі та його колеги перевірили свій алгоритм у справі, "надрукувавши" електронну версію книги Регенезис: як синтетична біологія перевинайде природу і нас самих, яка написана учасником групи Джорджем Черчем і письменником Едом Реджісом.

Загалом, електронна версія книги містить в собі 5,27 мегабіт (658 кілобайт) інформації, у тому числі 53,5 тисячі слів, 11 картинок і 1 ява-скрипт.

Учені синтезували необхідні фрагменти ДНК, змішали їх, розмножили і прочитали за допомогою пристрою секвенування Illumina HiSeq.

За словами біоінженерів, алгоритм кодування виявився дуже ефективним - книга була зчитана всього з десятьма помилками на 5,27 мегабіт даних.

За словами авторів дослідження, їх технологія має кілька інших переваг, крім необмеженої довжини запису і стійкості до помилок. По-перше, використання нуклеотидів як одиничних бітів дозволяє досягти неймовірно високої щільності запису - 5,5 петабіт на кубічний міліметр. Це більше від аналогічної характеристики для флеш-пам'яті і жорстких дисків в мільйони разів, і в сотні разів перевищує щільність запису даних у квантовій голографії.

Учені вважають, що такі характеристики ДНК-пам'яті можуть допомогти їй стати одним з основних способів зберігання інформації в архівах і для інших цілей, які не потребують швидкого доступу до даних.

Нагадаємо, у червні поточного року для лікування раку американські хіміки створили наночастинки з ДНК і РНК, які "вимикають" деякі гени пухлинних клітин.