Мемуары о будущем

Дмитрий Беляев

Microsoft записала 200 МБ данных в молекулу ДНК размером с крупинку соли

Опубликовано: 10 июля 2016 года






Команда Microsoft записала 200 МБ данных в ДНК размером с крупинку соли. Исследования в этой области крайне перспективны, так как информация, записанная таким способом, занимает очень мало места и может храниться тысячи лет.

200 ГБ в песчинке

Исследовательская группа Microsoft при участии ученых из Вашингтонского университета поместила в цепочку ДНК в цифровом виде видеоклип This Too Shall Pass группы OK Go, Всеобщую декларацию прав человека на более 100 языках, 100 книг из общественной библиотеки «Гутенберг» и генетический банк семян Svalbard Global Seed Vault — всего около 200 МБ данных.

Указанные данные были записаны посредством процесса под названием синтезирование ДНК.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это длинная молекула, которая содержит команды для роста, развития, функционирования и репродукции любого живого организма на Земле.

Дезоксирибонуклеиновая кислоти (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах).

В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу.

Эта двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии. В целом структура молекулы ДНК получила традиционное, но ошибочное название «двойной спирали», на самом же деле она является «двойным винтом». Винтовая линия может быть правой (A- и B- формы ДНК) или левой (Z-форма ДНК).

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин — только с цитозином.

Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции. Кроме того, в геноме эукариот часто встречаются участки, принадлежащие «генетическим паразитам», например, транспозонам.

Расшифровка структуры ДНК (1953 г.) стала одним из поворотных моментов в истории биологии.

За выдающийся вклад в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону и Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине 1962 г. Розалинд Франклин, которая получила рентгенограммы, без которых Уотсон и Крик не имели бы возможность сделать выводы о структуре ДНК, умерла в 1958 г. от рака (Нобелевскую премию не дают посмертно).

«Это потрясающее хранилище данных, в котором хранится все относительно того, как работает живая система, — пояснил руководитель проекта от Вашингтонского университета Луис Энрике Цезе (Luis Henrique Ceze). — Мы просто взяли этот тип хранилища и поместили в него видео, изображения и документы».

Кстати, недавно сообщалось о том, что Учёные разработали наноструктурированные стеклянные 5D-диски, которые смогут хранить цифровые данные в течение миллиардов лет

Принцип записи

Цифровые данные представляют собой последовательность единиц и нулей. Исследователи из Microsoft и Вашингтонского университета придумали, как данные закодировать в молекуле ДНК (в биологии этот процесс называется синтезированием) и как их оттуда затем извлечь (секвенирование).

Для этого они задали, как единицы и нули соответствуют четырем видам азотистых оснований в ДНК. Затем они обратились к компании Twist Bioscience, специализирующейся на генетике и производстве лекарств. Она синтезировала молекулу ДНК с помощью представленного алгоритма.

Помещенная в пробирку, молекула получилась похожей на крупинку соли. Она в разы меньше по сравнению с заточенным концом грифеля карандаша.

Перспективы

Команда Microsoft — далеко не единственная, кто занимается исследованиями в области синтезирования и секвенирования цифровых данных. За последний год ученым удалось в тысячу раз увеличить плотность их записи. Интерес к этой области обусловлен двумя причинами.

Первая причина — эти технологии позволяют создавать хранилища с крайне высокой плотностью записи данных. В молекулу размером с крупицу соли вмещается 200 МБ, в молекулы объемом с кубик сахара-рафинада способны поместиться все данные, которые хранятся в одном дата-центре, а в объем размером с коробку под обувь — все данные, которые находятся в интернете на сегодняшний день.

Вторая причина — данные, записанные в ДНК, можно будет прочесть через тысячи лет. Во-первых, ДНК — это такой тип хранилища, который не меняется. Он будет актуален всегда. Не нужно будет добиваться совместимости стандартов, как это происходит обычными технологиями хранения данных на магнитных, оптических и прочих накопителях. Во-вторых, ДНК очень долго хранится не разрушаясь — тысячи лет.

По материалам: CNews и Википедии

См. также:

0


1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (Еще никто не голосовал)
Loading ... Loading ...
Google Bookmarks Digg Reddit del.icio.us Ma.gnolia Technorati Slashdot Yahoo My Web News2.ru БобрДобр.ru RUmarkz Ваау! Memori.ru rucity.com МоёМесто.ru Mister Wong





Записи с теми же метками:

Оставить комментарий

:wink: :-| :-x :twisted: :) 8-O :( :roll: :-P :oops: :-o :mrgreen: :lol: :idea: :-D :evil: :cry: 8) :arrow: :-? :?: :!:

ВНИМАНИЕ! Все комментарии, содержащие явные оскорбления (в адрес автора статьи или собеседника-комментатора), спам и очевидную рекламу сторонних ресурсов, будут удалены. Также не рекомендуется злоупотреблять матом (такие сообщения будут отмодерированы или удалены).


Другие материалы: