Фото: АР
Учені надрукували книгу на ДНК та прочитали її
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.