ГМО-флешка

20 Мар 2013

Наверное, сегодня каждому известно, что такое флэшка (иногда пишут — флешка). По-научному это называется флэш-память (от англ. flash — вспышка) — вид твердотельной полупроводниковой энергонезависимой и перезаписываемой памяти, получившей широкое распространение в компьютерных и бытовых системах. Возможно, в ближайшие годы возникнет и такое понятие, как флеш-память (от англ. flesh — тело, плоть). Начало тому уже положено в научных лабораториях — в искусственную ДНК  удалось записать, а затем восстановить обратно пять файлов общим объёмом 0,65 мегабайта…

Доктор Ник Голдман с пробиркой, содержащей записанные на ДНК: тексты сонетов Шекспира, научную статью, звуковой файл и фотографию своего института.

Доктор Ник Голдман с пробиркой, содержащей записанные на ДНК: тексты сонетов Шекспира, научную статью, звуковой файл и фотографию своего института.

Внешне такая «флешка» выглядела как крошечная щепотка органической материи, природа которой, в принципе, не важна. В эксперименте её высушили в вакууме, заморозили, запаяли в герметичную пробирку и отправили почтой в другую лабораторию, где данные были расшифрованы практически со 100% точностью, т.е. файлы были восстановлены и воспроизведены на компьютере. Теоретически такая память сулит грандиозные преимущества перед нынешними оптическими или электронными носителями информации, поскольку плотность записи может доходить до 455 миллиардов гигабайт на 1 грамм (это сравнимо со среднемесячным объёмом всего интернет-трафика в мире), а долговечность носителя информации исчисляется десятками тысяч лет (ведь по ДНК из костей давно вымерших организмов уже умеют восстанавливать их внешний облик).

Конечно же, для записи данных использовались искусственные, т.е. синтезированные, цепочки ДНК. Те самые ДНК, которые природой предназначены для хранения генетической информации любого живого организма. Если не рассматривать вирусы и бактерии, то все растения и животные состоят из клеток, в каждой клетке есть ядро, в ядре содержатся «частицы наследственности» — хромосомы. По какой программе развивается живой организм, как он функционирует и как передаёт свои качества по наследству — закодировано в ДНК, сложных макромолекулах, входящих в состав хромосом.

Двойная спираль ДНК.

Двойная спираль ДНК.

Типичная ДНК — это двойная спираль, составленная из повторяющихся блоков — нуклеотидов. При замене одного нуклеотида может измениться вся структура ДНК — в этом случае говорят, что она подверглась мутации. В информационном плане это как раз соответствует одному биту информации (1 байт = 8 бит, 1 килобайт = 1024 байт, 1 мегабайт = 1024 килобайт и т.д.).

После расшифровки структуры ДНК в 1953 году учёные постепенно научились синтезировать простые цепочки из нуклеотидов, таким образом создавая искусственные ДНК. Первое искусственное устройство ДНК-памяти было продемонстрировано ещё в 1988 году (удалось закодировать почти 1 килобайт). Но технология хранения и считывания данных была несовершенна и очень дорога. В этом году две независимые исследовательские группы из Америки, Англии и Германии выступили (в журналах «Nature» и «Science») с объявлением новых технологий синтеза, хранения и считывания ДНК.

Один нуклеотид (базовый «кирпичик» ДНК) принимался за один бит информации, т.е. «1» либо «0». (В принципе, возможна и более «плотная» запись, но дело в том, что не каждый «кирпичик» может быть состыкован с любым другим — нуклеотиды соединяются в цепочки по своим законам, согласно принципу комплементарности.)  Учёным удалось синтезировать цепочки ДНК из 117 нуклеотидов — это 117 бит, из которых 4 блока по 25 бит использовались собственно для данных и 17 бит — для адресации. Таких цепочек синтезировали 153 335 штук! Перемножив, получаем объём информации втрое больше заявленного, что, очевидно, объясняется технологиями дублирования информации, о которых также заявляли разработчики.

Алгоритм кодирования данных в цепочке ДНК.

Алгоритм кодирования данных в цепочке ДНК.

 

Весьма интересной была запись информации. Она производилась в три этапа — двоичный код конвертировался в троичный, затем ему ставилась в соответствие последовательность нуклеотидов, после чего эта последовательность разбивалась на цепочки ДНК с учётом избыточности информации подобно тому, как это делается в компьютерных системах хранения данных при организации RAID-массивов. Все эти ухищрения нужны для того, чтобы сохранить информацию со 100% точностью при утере некоторых фрагментов данных или ошибках при считывании информации с носителя. Процесс чтения был не менее интересен, чем процесс записи. Каждая из 153 335 макромолекул была клонирована в 12 миллионах копий, которые затем «прочитывались» специальными ДНК-секвенаторами с коррекцией ошибок, и кусочки информации соединялись в исходные файлы с помощью тех самых адресных меток из 17 бит на концах каждой цепочки ДНК.

Современный ДНК-секвенатор - устройство для считывания ДНК. Компьютеры тоже когда-то были такими большими...

Современный ДНК-секвенатор — устройство для считывания ДНК. Компьютеры тоже когда-то были такими большими…

На словах всё достаточно просто, но понадобилась четверть века для того, чтобы усовершенствовать и удешевить технологию, добившись при этом максимальной точности и повторяемости результатов. По различным оценкам, стоимость и точность расшифровки ДНК падает ежегодно в 5-10 раз. Практически идеальное устройство памяти уже создано природой, все изыски технологий сводятся к тому, как использовать его. В принципе, ничто не мешает «подмешивать» искусственные ДНК к неодушевлённой органической материи. К примеру, покупаете вы в супермаркете свинину безо всяких ярлыков и этикеток, но тут же с помощью карманного сканера можете получить из самогó мяса всю информацию о его качестве, сроке годности, калорийности и т.д. Приносите покупку домой и снова, из самой же отбивной, «скачиваете» рецепты её приготовления, например. Представляете, какие возможности откроются, если каждый производитель продуктов сможет записывать в них любую информацию? Конечно, не обойдётся и без рекламы, и без опасностей — ведь то же мясо, к примеру, может быть заражено не только вирусом свиного гриппа, но и свеженьким компьютерным вирусом.

Но это, как говорится, присказка. Сказка начнётся, когда дело дойдёт до живых организмов. Все уже немало наслышаны о продуктах, содержащих ГМО, то есть генетически модифицированные организмы. Что это значит? Это значит, что из цепочки ДНК какого-либо биологического объекта (ну, например, обычного картофеля) вырезают «кусочек» и подставляют вместо него фрагмент ДНК другого биологического вида. Зачем? А в целях улучшения урожайности, например.  Или в чисто эстетических целях — так, например, получились первые генетически модифицированные аквариумные рыбки с флуоресцирующей окраской или розы синего цвета, которые никак не удавалось вывести методами селекции.

GloFish - первые ГМО-содержащие домашние животные

GloFish — первые ГМО-содержащие домашние животные

Представьте, что теперь можно будет создавать подобные трансгенные организмы не с целью изменения их качеств, а с целью хранения ими информации. Простор для фантазии безграничен: «в этом фикусе на подоконнике у меня домашняя библиотека записана» или «в вашей крови обнаружено нелицензионное программное обеспечение». А там уже недалеко и до биологических компьютеров — образцы процессоров на живых клетках уже есть, память есть, остаётся наладить передачу данных между блоком для вычислений и блоком для хранения данных. Поскольку всё завязано на ДНК, то, в принципе, возможна передача генотипа по наследству, то есть устойчивая мутация «цифровых» ГМО. Биокомпьютеры с функциями естественного воспроизводства не кажутся уже заоблачной фантастикой. Останется ли место в этом мире для обычного, не ГМО-человека?

«Причём тут йога?» — спросите вы. Голова современного западного человека постоянно забивается информацией. Качество этой информации неуклонно ухудшается, а количество — растёт.  С развитием новых технологий хранения данных ещё больше увеличится нагрузка на мозг — инструмент обработки и анализа информации. «Перегретых» мозгов будет всё больше, здоровых людей — всё меньше. Что может помочь расслабляться качественно и без вреда для здоровья, оставаться самими собой в постоянно меняющемся мире, поглощать гигабайты информации без вреда для психики ? Только йога. Не те генетически модифицированные виды йоги, которые нацелены на культ красивого тела и которыми полны все современные клубы и центры, а подлинная йога — как искусство коммуникации между собственными телом и сознанием.

Отправить комментарий

* - обязательные поля

Для добавления комментария вы должны быть зарегистрированы на этом сайте. Можно использовать одну из ваших учётных записей в социальных сетях или завести отдельную. Войти на сайт.