Skaitmeninės informacijos apimties augimas skatina mokslininkus ieškoti kompaktiškesnių būdų, kaip ją įrašyti ir saugoti. O kas galėtų būti kompaktiškesnis nei DNR? „RIA Novosti“kartu su ekspertu suprato, kaip užkoduoti žodžius nukleotidais ir kiek duomenų turi viena molekulė.
- „Salik.biz“
Priežastys-kodai
DNR yra nukleotidų seka. Jų yra tik keturi: adeninas, guaninas, timinas, citozinas. Informacijai užkoduoti kiekvienam iš jų yra priskirtas skaitinis kodas. Pavyzdžiui, timinas - 0, guaninas - 1, adeninas - 2, citozinas - 3. Kodavimas prasideda tuo, kad visos raidės, skaičiai ir paveikslėliai paverčiami dvejetainiu kodu, tai yra, nulių ir skaičių seka, ir jie jau yra paverčiami nukleotidų seka, tai yra, ketvirtiniu kodu.
Prieš koduodami duomenis į DNR, turite juos išversti į skaitmeninį kodą / „RIA Novosti“iliustraciją. Alina Polyanina.
Tik trys nukleotidai gali būti naudojami kuriant kodą (trišakį kodą), o ketvirtasis - padalinti sekas į dalis. Yra galimybė sukonstruoti pagrindus dvejetainio kodo forma, kai du iš jų atitinka nulį, o du - vieną.
Skaitymui naudojama keletas metodų. Viena iš labiausiai paplitusių yra tai, kad DNR molekulės grandinė nukopijuojama naudojant pagrindus, kurių kiekviena turi spalvotą etiketę. Tada labai jautrus detektorius nuskaito duomenis, o kompiuteris naudoja spalvas nukleotidų sekai rekonstruoti.
„DNR molekulė yra labai talpi. Netgi bakterijose paprastai yra apie milijoną bazių, o žmonėse - net tris milijardus. Tai yra, kiekviena žmogaus ląstelė neša informacijos kiekį, palyginamą su „flash drive“talpa. Ir mes turime trilijonus tokių ląstelių. DNR galima įrašyti didžiulį kiekį duomenų, tačiau rašymas ir skaitymas iš tokios laikmenos vis dar yra per lėtas ir brangus “, - sako Aleksandras Panchinas, biologijos mokslų daktaras, Rusijos mokslų akademijos A. A. Charkevičiaus vardu pavadinto Informacijos perdavimo problemų instituto vyresnysis mokslo darbuotojas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Įrašų tankis auga
1999 m. Birželio mėn. Žurnalas „Nature“paskelbė amerikiečių mokslininkų straipsnį, kuris sukūrė slaptų pranešimų siuntimo naudojant DNR metodiką. Jie sintetino molekulę, įtraukdami nukleotidų seką, suformuotą naudojant ketvirtinį kodą. Slapta mišinio DNR buvo išsiųsta į kitą laboratoriją. Jos darbuotojai naudodami specialius cheminius raktus rado norimą molekulę ir iš jos išgavo informaciją.
„Apskritai, yra du būdai, kaip įrašyti duomenis apie DNR. Pirmasis yra tai, kai sintezuojate visiškai naują DNR naudodami cheminį sintezatorių. Kompiuterio nurodymu tam tikra tvarka į tirpalą pridedami nukleotidai ir palaipsniui „auga“reikiama bazinė grandinė. Antruoju atveju duomenys užkoduojami jau esančioje organizmo DNR “, - aiškina Panchinas.
2010 m. Gegužės mėn. Craigo Venterio grupė, pirmą kartą apipavidalinusi žmogaus genomą, paskelbė dokumentą apie dirbtinės bakterijos sukūrimą. Jie kaip pagrindą paėmė iš genomo išgrynintą bakterijų ląstelę ir ten sudėjo suformuotą bazinę seką. Rezultatas yra nauja, gana aktyvi ir gyva bakterija, kuri skiriasi nuo įprastos tik tuo, kad jos DNR buvo sukurta rankomis. Be to, komanda pademonstravo grožio jausmą, rašydama savo vardus ir citatas iš klasikų, naudodama ketvirtinį kodą bakterijų DNR.
2012 m. Molekulinio biologo George'o Churcho vadovaujama grupė laikėsi principingesnio požiūrio ir DNR koduojo 52 000 žodžių knygą „Regenezė: kaip sintetinė biologija sukurs gamtą ir mus pačius“, kelis paveikslėlius ir vieną „Java“programą. Jie naudojo dvejetainį kodą. Bendras duomenų kiekis buvo 658 kilobaitai. Buvo nustatyta, kad informacijos tankis yra beveik 1018 baitų grame molekulių. Palyginimui: 1012 baitų kietasis diskas sveria apie šimtą gramų. Pagrindinis šio metodo trūkumas yra įrašytos informacijos nestabilumas.
„DNR molekulė linkusi mutuoti, o tai sumažina duomenų saugojimo patikimumą. Ypač jei DNR nešiotojas yra gyva ląstelė, galinti suskaidyti: kai DNR yra dubliuojama, klaidos užklumpa ypač dažnai. Duomenų saugojimo patikimumas padidės, jei turėsite tūkstančius to paties pranešimo kopijų. Arba tiesiog laikykite DNR, tarkime, šaldiklyje. Esant žemai temperatūrai, molekulės galimybės mutuoti labai sumažėja “, - aiškina ekspertas.
Be to, skaitydama kartais prarandama informacija. Klaidos gali būti cheminio pobūdžio, kai prie elemento pritvirtinama neteisinga bazė arba jos grynai apskaičiuojamos, tai yra, atsižvelgiant į kompiuterį.
Brangus, patikimas
2017 m. Kovo mėn. Žurnalas „Science“paskelbė amerikiečių mokslininkų straipsnį, kuriam pavyko parašyti 2 * 1017 baitų už gramą DNR. Biologai pabrėžia, kad neprarado nė vieno baito. Paprasčiau tariant, tai, ką mes įrašėme, yra tai, ką mes gavome prie išėjimo.
Paprastam vartotojui „genetinis„ flash drive “dar nėra prieinamas, nes jame saugoti informaciją yra labai brangu, o skaitymo / rašymo greitis yra mažas. Mokslininkų vertinimu, norint perskaityti tik vieną megabaitą reikia maždaug trijų su puse tūkstančio dolerių ir kelių valandų laiko.
Neabejotini informacijos įrašymo į DNR pranašumai yra didžiulis duomenų saugojimo tankis ir nešiklio stabilumas, tačiau tik žemoje temperatūroje.