Обложка сборника «В наше время», в котором был опубликован «Очень короткий рассказ» / © Wikimedia Commons
Объем цифровых данных растет, носители быстро наполняются, их приходится обслуживать и периодически заменять. Как одну из возможных альтернатив ученые предлагают ДНК. Последовательность ее четырех строительных элементов позволяет кодировать текст, изображения и другие файлы, но в очень небольшом объеме.
Кодирование информации с помощью ДНК аналогично компьютерному коду, где вместо нулей и единиц указаны последовательности букв A, T, G и C, обозначающих компоненты ДНК. Специалисты уже кодировали в ДНК текст, изображения и даже компьютерную программу. Позднее удалось закодировать даже 154 сонета Шекспира и фрагмент речи Мартина Лютера Кинга.
Однако сложнее после этого расшифровать и прочитать информацию. При изготовлении, копировании и чтении ДНК возникают ошибки, а некоторые последовательности слишком трудно воспроизводить, или они способны вмешиваться в работу живой клетки, если информацию хранят внутри бактерий. Использование бактерий предпочтительно, поскольку, размножаясь, они могут одновременно производить новые копии молекул с данными.
Ученые из Китая разработали систему DNA-SaM, которая объединяет кодирование файлов, исправление ошибок и отбор подходящих последовательностей. Программа заранее отсеивает нежелательные сочетания, включая длинные повторы и участки, которые клетка могла бы принять за сигнал к началу работы генов. Кроме того, система разбивает данные на небольшие блоки и присваивает им адреса, чтобы после чтения множества молекул восстановить исходный порядок информации. Результаты исследования опубликовал журнал Nature Communications.
Для эксперимента с живыми клетками выбрали «Очень короткий рассказ» Эрнеста Хемингуэя. В виде файла размером 3288 байт его преобразовали в 41 фрагмент ДНК. Полученные последовательности включили в плазмиды — небольшие молекулы ДНК, способные копироваться внутри бактерий отдельно от основной хромосомы — и внесли в кишечную палочку.
После появления бактериальных колоний ученые извлекали плазмиды и определяли последовательность записанных участков, проверяя, сохранилась ли информация. Исследователи случайным образом выбрали три бактериальные линии с разными информационными последовательностями и выращивали их на протяжении 100 поколений. Плазмиды проверяли в начале опыта, затем на 10-м, 20-м, 40-м, 60-м, 80-м и 100-м поколениях. Прочитанные участки совпадали с исходными последовательностями.
Систему испытывали и вне живых клеток, записывая файлы в смеси синтетических молекул ДНК и затем восстанавливая данные после чтения последовательностей. При достаточном числе копий молекул встроенное исправление ошибок позволяло получить исходные файлы полностью, но при сильном уменьшении числа копий часть информации терялась.
Главным препятствием для практического применения остается стоимость синтеза и чтения ДНК, а возможности системы для гигантских архивов пока оценены расчетным путем.
Источник: Naked Science
