Британские ученые научились правильно хранить информацию в ДНК. Группе исследователей из Европейского института биоинформатики (European Bioinformatics Institute, EBI) в Кембридже удалось сделать важный шаг на пути к

опубликовано: 27.01.2013

Группе исследователей из Европейского института биоинформатики (European Bioinformatics Institute, EBI) в Кембридже удалось сделать важный шаг на пути к принципиально новым хранилищам информации, построенным на использовании молекул ДНК.

Как известно, ДНК хранит огромное количество информации. Плотность хранения чрезвычайно высока, а для хранения не требуется энергия. О сроке хранения можно судить по тому, что ученым удается прочитать ДНК мамонтов, живших десятки тысяч лет назад.

Чтение информации, закодированной в ДНК, выполняется сравнительно просто. Но сложности с записью до недавнего времени делали мысли о хранении информации в ДНК далекими от реальности.

Во-первых, ученым удавалось создавать лишь небольшие последовательности. Во-вторых, и чтение, и запись ДНК сопровождается ошибкам, особенно, связанными с повторением одного и того же символа.

Ключом к преодолению ограничений стала разработка нового кода. Его суть заключается в разбиении на большое число частично перекрывающихся небольших фрагментов и их индексировании, указывающем последовательность чтения. Новый код разработан с таким расчетом, чтобы исключить повторение символов. Для возникновения ошибки необходимо, чтобы она возникла в четырех фрагментах одновременно, вероятность чего очень мала.

Закодированная таким образом информация была записана компанией Agilent Technologies в ДНК. Для теста было выбрано несколько файлов: звукозапись выступления Мартина Лютера Кинга в формате MP3, фотография института в формате JPG, статья первооткрывателей структуры ДНК Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона в формате PDF, сонеты Шекспира в формате TXT и файл с описанием нового кода.

В результате чтения ДНК, синтезированных по этим данным, ученым удалось воссоздать файлы с точностью 100%. Внешне «хранилище» выглядит как щепотка пыли.

По словам ученых, ДНК подходят для долговременного хранения (скажем, в течение 10 000 лет при правильных условиях — см. «Мамонты в вечной мерзлоте») информации, к которой нечасто нужен доступ.

Хотя до практического использования разработки пока далеко, ученые намерены изучить аспект ее практического применения. Возможно, от коммерческого использования их идей нас отделяет не такой уж большой срок.

По материалам сайта EMBL-EBI

Американцы обучили ДНК-компьютер новым функциям

опубликовано: 07.06.2011

Калифорнийские инженеры создали наиболее продвинутый на сегодняшний день компьютер, использующий для своих вычислений нити ДНК.

Коротких синтетических молекул (одно- и двухцепочечных) было задействовано 130 штук, что, по утверждению Nature, делает новую логическую схему в пять раз производительнее предшественников. Мы же видели образец 2006 года со 128 логическими вентилями, каждый из которых представлял собой сразу несколько ДНК.

Но это, конечно, не означает, что новинка совсем уж неинтересна. Так, новый биологический компьютер – первый в своём роде способный решать задачи на извлечение квадратных корней. (Или, по крайней мере, первый, перед которым такие задачи были поставлены.)

Авторы разработки – Эрик Уинфри (Erik Winfree) и Лулу Цянь (Lulu Qian) из Калифорнийского технологического института. Они создавали своё детище, чтобы «исследовать принципы передачи и обработки информации в биологических системах и произвести биохимические комплексы, способные на принятие решений».

ДНК-компьютер должен был научиться вычислять квадратные корни всех чисел меньше 15 и округлять ответ до ближайшего целого числа. Чтобы представлять данные в бинарной системе счисления, были сконструированы четыре нити ДНК. Каждая была добавлена в пробирки с солевым раствором, в котором содержались системы логических вентилей (все взаимодействия были заранее запрограммированы).

Результатом вычислений были цвета пробирок (химические реакции давали флуоресценцию), которые преобразовывались в двузначный бинарный код. Последний затем переводился в десятичный ответ.

Определение квадратного корня было выбрано для демонстрации работоспособности принципа и является лишь одним из возможных вариантов задач. Жаль только, что вычисление решения одного примера занимает у биологической машины целых 10 часов.

Детали – в пресс-релизе Caltech и в статье, опубликованной в журнале Science. Кстати, в ней учёные утверждают, что описанные ими системы можно будет в дальнейшем использовать для создания более крупных схем.

По материалам сайта Membrana.ru