Новости химической науки > Сонеты Шекспира теперь записаны и на ДНК

Миллиарды лет молекулы ДНК были естественным хранилищем информации, созданным матушкой-Природой. В наши дни исследователи использовали ДНК для кодирования и хранения такой информации, как литературные произведения и аудиозаписи – молекулы ДНК послужили носителем для записи всех сонетов Шекспира в текстовой форме и аудиозаписи речи Мартина Лютера Кинга «У меня есть мечта» [1].

Ник Голдман (Nick Goldman) из Европейского Института Биоинформатики, руководивший работой, подчеркивает, что информация, записанная на CD-диске, может храниться несколько лет, но потом ее целостность может быть нарушена, да и если вдруг кто-то положит надоевший ему компакт-диск в гараж, и решит прослушать записи на нем лет так через десять, он просто может и не найти устройство для проигрывания CD-дисков.

Устойчивость молекулы ДНК представляет собой отличный выбор для долговременного хранения информации. (Рисунок из Nature, 2013, DOI: 10.1038/nature11875)

Информация записанная в ДНК, напротив, может храниться долгое время. Как поясняет Голдман, например, исследования в Антарктике позволили обнаружить замерзшие бактерии в стометровой толще льда, возраст этих бактерий оценивался в миллионы лет, а их ДНК практически оставалась неповрежденной. Такая устойчивость природного хранилища информации наряду с разработкой новых методов клонирования и секвенирования ДНК делают идею использования ДНК для хранения информации весьма привлекательной.

Тем не менее, когда мы говорим про алфавит ДНК, мы отдаём себе отчет, что в этом алфавите всего четыре буквы (A, C, G и T), поэтому букв ДНК не хватит для того, чтобы написать даже самое простое слово. Чтобы решить проблему, исследователи из группы Голдмана превратили записываемую информацию в двоичный код, после чего каждый байт этого кода с помощью теории алгоритмов был конвертирован в последовательность ДНК, отличающуюся высокой плотностью информации таким образом, что в этой последовательности исключались неоднократные повторы одного и того же азотистого основания. Последнее было сделано из-за того, что в ходе экспериментов было показано, что повтор одинаковых азотистых оснований затрудняет как запись информации, так и ее считывание.

В августе 2012 исследователи из США уже опубликовали работу, в которой сообщали о хранении информации с помощью ДНК [2]. Однако, несмотря на то, что группы, работающие независимо друг от друга, опирались на одну и ту же стратегическую идею, они использовали различные тактические подходы. Исследователи из группы Голдмана сосредоточились на исправлении ошибки кодировки за счет недопущения появления в цепи ДНК гомополимерных (содержащих подряд одинаковые азотистые основания) участков, в то время, как альтернативный подход опирался на то, чтобы избежать создания структур, которые могут привести к спирализации ДНК-носителя информации. В настоящее время единственные причины ошибок считывания информации с ДНК в системе Голдмана являются именно спирализованные фрагменты, и Голдман надеется, что в будущем причины этих ошибок будут устранены.

Автор работы 2012 года в Science, Джордж Чёрч (George Church) отмечает, как важно, что несколько групп работают в новой области независимо друг от друга, подчеркивая, что ДНК-информатика появилась главным образом благодаря новым технологиям, позволяющим быстро и качественно считывать информацию с нуклеиновых кислот. Чёрч также считает, что хранение информации на ДНК представляет собой весьма перспективную информационную технологию.

Источники: [1] Nature, 2013, DOI: 10.1038/nature11875; [2] Science, 2012, 337, 1628 (DOI: 10.1126/science.1226355)

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #молекулярная электроника, #молекулярные устройства