https://bodybydarwin.com
Slider Image

DNA-ga andmete salvestamine ei pruugi olla otstarbekas, kuid see on võimalik - ja see kõlab kindlasti lahedalt

2021

Meie DNA on kood, mis programmeerib kõike meie kohta. Nüüd kasutatakse seda videote ja opsüsteemide kodeerimiseks. Tihe ja vastupidav DNA mahutab 200 petabaiti (200 000 000 000 000 baiti või umbes 200 000 sülearvutit) ühes grammis, nagu näitas selle nädala ajakirja Science uuring. Ekspertide sõnul võib DNA olla plahvatusohtlikul ajal lahendus paljulubavaks salvestuslahenduseks - kui ainult kulud poleks probleemiks.

Harvardi teadlased salvestasid 2012. aastal 50 000-sõnalise raamatu. Ja umbes samal ajal hoidis Euroopa Bioinformaatika Instituut asju, sealhulgas Shakespeare'i sonette ja kõne "I Have a Dream" heliklippi. Kuid selle värskeima uuringu teeb eriliseks see, et selles kasutatakse kodeerimise tehnikat, mis mitte ainult ei muuda salvestusruumi 60 protsenti tõhusamaks, vaid on ka robustsem vigade vastu, väidab Columbia ülikooli arvutiteaduse professor ja tuumikliige, kaasautor Yaniv Erlich. New Yorgi geenivaramu juures.

Erlich ütleb, et kui olete välja mõelnud, kuidas kodeerida, või millist DNA-d andmed sünteesida või sinna kirjutada, on kõik lihtne: tegeliku DNA tegemise eest saab hoolitseda ettevõte. „Andmed on lihtsalt 0 ja 1 vool. DNA on põhimõtteliselt lihtsalt nelja nukleotiidi järjestus. Peate need nukleotiidid nendesse bitipaaridesse kaardistama, ”ütleb Erlich.

Kuid DNA süntees võib olla keeruline äri. Sri Kosuri, 2012. aasta Harvardi paberi juhtiv autor ja nüüd UCLA biokeemiaprofessor (keda viimases uuringus ei osalenud) ütleb, et "suur asi on see, et umbes viis protsenti või vähem ajast juhuslik DNA tükk lihtsalt eksida. "

"Seda on raske sünteesida ja seda on mingil põhjusel raske välja lugeda, " ütleb Kosuri, "nii et kui saaksite kasutada sellist kaotusekindlat koodi, muutuks DNA salvestamine palju lihtsamaks ja puhtamaks."

Ja seda näitab Erlichi paber, väidab Kosuri - see meetod talus puudusi DNA sünteesi protsessis. Teadlased saavutasid selle, rakendades spetsiaalset kodeerimistehnikat, mis tavaliselt muundab ühenduse katkestamisele alluvate kanalite kaudu saadetavat digitaalset teavet, näiteks telefoni voogesitatud Youtube'i videot. Erlich ütleb, et nende tulemused viitavad sellele, et see kodeerimise tehnika suudab käsitleda DNA-d, mille kvaliteet on palju madalam kui see, mida nad uuringus kasutasid. "Saame ikkagi vajalikud tulemused ja õigesti teavet hankida."

Meeskond salvestas ja taastas edukalt operatsioonisüsteemi DNA-s, mis on "elegantne asi, ütles Robert Grass, ETH Zürichi keemiainsener, kes uuringuga ei tegelenud." Igapäevase kasutajana tean, et selles peab olema viga - ütleb Rohi.

Erlich ütleb, et nad panid operatsioonisüsteemi eesmärgipäraselt sisse: "Tahtsime näidata, et me ei karda panna asju, mille võib täielikult kruvida, kui me faili täiuslikult ei taasta."

Kosuri nõustub, et pabermeetodid on tõhusad. Ma arvan, et nad tegid algoritmi testimiseks õigesti katseid. Nad valisid õiged algoritmid ja see nägi toimivat.

Kuid täpselt nagu viis aastat tagasi, kui nad esimest korda DNA-s andmeid salvestasid, ütles Kosuri, et see on endiselt naeruväärselt kallis. "Kosuri sõnul on kulud tõenäoliselt miljon korda suuremad, et olla kõige jaoks konkurentsivõimeline.

Uuringus kulutasid teadlased vaid kahe megabaidi kodeerimiseks ligi 10 000 dollarit. See on vana 3, 5-tollise disketi andmete salvestamine umbes 10 MacBook Airsi maksmiseks.

Ehkki uus meetod võiks vähendada sünteesi maksumust, võimaldades meil kasutada tõeliselt jubedat DNA-d, on Kosuri sõnul kulutused siiski rõvedalt ebapraktilised.

Kulude osas on Grassi sõnul DNA sünteesi maksumus suurem kui puudus sekveneerimisel. "Sekveneerimise kulud on rakenduse jaoks endiselt liiga kõrged, kuid langeb jätkuvalt, näiteks nanopoori abil, mille saate oma arvutisse ühendada ja DNA järjestuse DNA ütleb Grass." Sünteesi kulud on veelgi tagasi. "

Ja meil oleks vaja Grassi sõnul DNA stabiliseerimiseks täiendavaid abinõusid, kui soovime salvestada teavet DNAsse sadu aastaid. Erinevalt luudesse ja fossiilidesse lukustatud geneetilisest materjalist, selgitab Grass, vaba DNA ei ole stabiilne. Kui paned selle lihtsalt laborisse, kestab see vaid aasta, enne kui teave hakkab kaduma.

Vaatamata kuludele muudavad tihedus ja teostatavus DNA säilitamise siiski palju ligitõmbavamaks kui muud sarnaste omadustega uued tehnoloogiad. "Teabesalvestuse tihedus on siin võrreldav selliste asjadega nagu üksikute aatomite paigutamine pinnale, ütles Kosuri, viidates 1989. aasta uuringule, kus IBM kirjutati 35 ksenooni aatomiga.

"Saate selliseid asju teha, kuid see on tehtud absoluutse nulli lähedal, tehtud vaakumis ja [suurepärase] pildistamisega, ütleb Kosuri." See on konkureeriv tehnoloogia. [DNA talletamine] on palju praktilisem, kuid see on siiski palju vähem praktiline kui muud asjad, mida me [tavaliselt] mõtleme "nagu diskett või mälupulk.

DNA võimaldab teil ka 3D-vormingus salvestada. Holograafia ja hipodroomi mälu on selle jaoks ka muud meetodid. Kuid DNA on Kosuri sõnul endiselt "rahvaarvult suurem tihedus".

Niisiis, pärast seda, kui see ajakiri Science Kosuri väitis, on DNA säilitamise ulatuslikku toimimist takistav asi ainult selle maksumus. "Koodide kohta olid kõik muud küsimused, kas need töötaksid, kas teil oleks neid usaldusväärseid, tundub, et kõik need küsimused on antud paberile vastatud. Ainus küsimus, mis mulle meelde jääb, on kulude küsimus."

Enam ise DNA säilitamist uurides jääb Kosuri tehnika arengu suhtes tulevikus optimistlikuks. “Miljoni kordne kõlab palju, kuid viimase 15 aasta jooksul on meil kulud juba umbes miljon korda vähenenud. Mitte ainult sekveneerimine, vaid ka sünteesi osa on üsna vähe langenud, ”ütleb Kosuri.

Erlichi visioon on, et tulevikus on võimalik luua "DNA säilitamiseks pühendatud protsess, mille abil saaksime kiire ja räpase DNA sünteesi teha", et kulusid veelgi vähendada.

"Saame süüa neid poolküpsetatud kooke ja saada õigesti andmeid, järgides meie kodeerimisstrateegiat, " ütleb Erlich. "Sellega loodame tulevikus katsetada."

Praegune uuring oli hea algus. See, mida teadlased salvestasid ja taastasid, olid tundlikud vigade suhtes: opsüsteem, arvutiviirus, 50-dollarine Amazoni kinkekaart, 1895. aasta prantsuse film ("Rongi saabumine La Ciotatisse"), Pioneeri tahvel ja 1948. aasta uuring. teabeteoreetik Claude Shannon.

"Inimesed ütleksid:" Kuidas saaksite DNA-sse video panna? "" Ütleb Erlich. "Ma pidin seda oma kuueaastasele pojale seletama."

"See on inimeste kujutlusvõime hõivamine. Seda me tahame teha, eks? Tahame kaasata üldsuse teaduse lõbusasse külge."

Kolmapäeval tõuseb harvaesinev must supermoon ja siin pole sõna otseses mõttes midagi näha

Kolmapäeval tõuseb harvaesinev must supermoon ja siin pole sõna otseses mõttes midagi näha

Pidage meeles oma kirkad: mida teha, kui looduses näete fossiile ja esemeid

Pidage meeles oma kirkad: mida teha, kui looduses näete fossiile ja esemeid

Miks näevad meie ajud maailma „meie” versus „nemad” - ja mida selle vastu teha?

Miks näevad meie ajud maailma „meie” versus „nemad” - ja mida selle vastu teha?