Pertumbuhan jumlah maklumat digital mendorong para saintis untuk mencari cara yang lebih ringkas untuk merakam dan menyimpannya. Dan apa yang lebih ringkas daripada DNA? RIA Novosti, bersama dengan seorang pakar, mencari tahu bagaimana menyandikan kata-kata dengan nukleotida dan berapa banyak data yang terdapat dalam satu molekul.
Sebab-kod
DNA adalah urutan nukleotida. Hanya ada empat daripadanya: adenin, guanin, timin, sitosin. Untuk mengekod maklumat, masing-masing diberi kod digit. Contohnya, timin - 0, guanin - 1, adenin - 2, sitosin - 3. Pengekodan bermula dengan fakta bahawa semua huruf, nombor dan gambar diubah menjadi kod binari, iaitu urutan sifar dan angka, dan mereka sudah diubah menjadi urutan nukleotida, iaitu kod kuaternari.
Sebelum anda mengekodkan data ke dalam DNA, anda perlu menerjemahkannya ke dalam kod digital / Ilustrasi oleh RIA Novosti. Alina Polyanina.
Hanya tiga nukleotida yang dapat digunakan untuk membangun kod (kod ternary), dan yang keempat adalah memecah urutan menjadi beberapa bahagian. Terdapat pilihan dengan pembinaan asas dalam bentuk kod binari, apabila dua darinya sesuai dengan sifar, dan dua sesuai dengan satu.
Beberapa teknik digunakan untuk membaca. Salah satu yang paling umum adalah bahawa rantai molekul DNA disalin menggunakan asas, yang masing-masing mempunyai label warna. Kemudian pengesan yang sangat sensitif membaca data, dan komputer menggunakan warna untuk membina semula urutan nukleotida.
Molekul DNA sangat besar. Walaupun dalam bakteria, biasanya mengandung sekitar sejuta pangkalan, dan pada manusia, sebanyak tiga miliar. Maksudnya, setiap sel manusia membawa sejumlah maklumat yang setanding dengan kapasiti pemacu kilat. Dan kita mempunyai trilion sel seperti itu. Sebilangan besar data dapat direkodkan dalam DNA, tetapi penulisan dan pembacaan dari media seperti itu masih terlalu lambat dan mahal,”kata Alexander Panchin, Ph. D., penyelidik kanan di Institut Masalah Penyebaran Maklumat yang diberi nama A. A. Kharkevich, Akademi Sains Rusia.
Video promosi:
Kepadatan rakaman bertambah
Pada bulan Jun 1999, jurnal Nature menerbitkan sebuah artikel oleh saintis Amerika yang mengembangkan teknik untuk mengirim pesanan rahsia menggunakan DNA. Mereka mensintesis molekul dengan memasukkan urutan nukleotida yang dibentuk menggunakan kod kuaternari. DNA rahsia dalam campuran dihantar ke makmal lain. Kakitangannya, menggunakan kunci kimia khas, menemui molekul yang diinginkan dan mengambil maklumat daripadanya.
“Secara umum, ada dua pendekatan untuk merekam data DNA. Yang pertama adalah ketika anda mensintesis DNA sepenuhnya baru menggunakan synthesizer kimia. Atas arahan komputer, nukleotida ditambahkan ke larutan dalam urutan tertentu, dan rantai asas yang diperlukan secara beransur-ansur "tumbuh". Dalam kes kedua, data dikodekan dalam DNA organisma yang sudah ada,”jelas Panchin.
Pada bulan Mei 2010, kumpulan Craig Venter, yang pertama kali memetakan genom manusia, menerbitkan makalah mengenai penciptaan bakteria buatan. Mereka mengambil sel bakteria yang disucikan dari genom sebagai asas dan meletakkan urutan asas yang terbentuk di sana. Hasilnya adalah bakteria baru, cukup aktif dan hidup, yang berbeza dari yang biasa hanya kerana DNAnya dibuat dengan tangan. Di samping itu, pasukan menunjukkan rasa keindahan dengan menulis nama dan petikan mereka dari klasik menggunakan kod kuaternari dalam DNA bakteria.
Pada tahun 2012, sebuah kumpulan yang diketuai oleh ahli biologi molekul George Church mengambil pendekatan yang lebih mendasar dan DNA-dikodkan buku 52,000 perkataan Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourself, beberapa gambar dan satu program Java. Mereka menggunakan kod binari. Jumlah data adalah 658 kilobyte. Ketumpatan maklumat didapati hampir 1018 bait per gram molekul. Sebagai perbandingan, cakera keras 1012-byte mempunyai berat kira-kira seratus gram. Kelemahan utama kaedah ini adalah ketidakstabilan maklumat yang direkodkan.
Molekul DNA cenderung bermutasi, yang mengurangkan kebolehpercayaan penyimpanan data. Terutama jika pembawa DNA adalah sel hidup yang mampu dibelah: apabila DNA diduplikasi, kesalahan sering terjadi. Kebolehpercayaan penyimpanan data akan meningkat jika anda mempunyai ribuan salinan mesej yang sama. Atau hanya simpan DNA, katakan di dalam peti sejuk beku. Pada suhu rendah, kemampuan molekul bermutasi dikurangkan dengan ketara,”jelas pakar.
Di samping itu, maklumat kadangkala hilang semasa membaca. Kesalahan mungkin bersifat kimia, apabila pangkalan yang tidak betul dilampirkan pada elemen, atau dihitung secara murni, bergantung pada komputer.
Mahal, boleh dipercayai
Pada bulan Mac 2017, majalah Science menerbitkan artikel oleh saintis Amerika yang berjaya menulis 2 * 1017 bait per gram DNA. Ahli biologi menekankan bahawa mereka tidak kehilangan satu bait. Ringkasnya, apa yang kami rakam adalah apa yang kami dapat di pintu keluar.
Bagi pengguna biasa, "pemacu kilat genetik" belum tersedia, kerana sangat mahal untuk menyimpan maklumat di dalamnya, dan kelajuan membaca / menulis rendah. Para saintis menganggarkan bahawa membaca hanya satu megabait memerlukan kira-kira tiga setengah ribu dolar dan beberapa jam.
Kelebihan merakam maklumat pada DNA termasuk kepadatan penyimpanan data yang sangat besar, dan juga kestabilan pembawa - namun, hanya pada suhu rendah.
