Vědci zapsali celou knihu do molekul DNA. I s obrázky

19.08. 10:38 | Autor:

DNA je paměťové médium s obrovskou hustotou zápisu.

Genetik George Church z Harvardu je spoluautorem knihy, která sice v tištěné podobě vyjde až 2. října, ale už dnes je na světě 70 miliard "výtisků", čímž nejméně desetkrát překonala i Bibli. Všechny kopie najednou se přitom pohodlně vejdou do dlaně.

Kniha Znovuzrození: Jak syntetická biologie znovu objeví přírodu a nás samé (Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves) totiž není vytištěna na papíře, ani není uložena na některém z běžně používaných digitálních nosičů, ale je zapsána pomocí písmen genetické abecedy do molekul DNA, jejichž celková hmotnost je asi jeden pikogram (10-12 gramu).

DNA je nesmírně efektivní paměťové médium. Vždyť do každé buňky lidského těla se bez problémů poskládá kompletní lidský genom sestávající ze šesti miliard "písmen". Není proto divu, že vědci přemýšlejí o jejím využití v informačních technologiích. Je navíc stabilní při běžných teplotách, což ji odlišuje od jiných experimentálních metod vysokohustotního ukládání dat, například kvantové holografie.

Genoví inženýři dovedou vytvářet syntetické řetězce DNA s libovolným pořadím písmen, ale dosavadní rekord v objemu dat, které se do DNA podařilo zapsat, byl 7920 bitů. Aktuální počin odborníků z Harvard Medical School a Johns Hopkins University, o němž informují v časopise Science, představuje mnohem větší úspěch: do DNA uložili knihu tvořenou 53 426 slovy, jedenácti obrázky a kódem jednoho programu v JavaScriptu. Celkové množství uložených dat je 5,27 MB (asi 42 megabitů).

Skleněná destička místo knihovny?

Vědci nepracovali s živými mikroorganismy, do jejichž genomu by informace zakódovali. Místo toho vytvořili skleněný biočip s desítkami tisíc krátkých, uměle syntetizovaných řetězců DNA. Každý řetězec nese 96 bitů informací z obsahu knihy a navíc devatenáctibitovou adresu určující jeho přesnou pozici v knize. Každý je na čipu v několika kopiích, takže jejich porovnáním při čtení lze odhalit případné chyby.

Kniha je zapsána v kódu tvořeném sledem písmen A, C, G a T.

Každý řetězec DNA je tvořen sledem čtyř "písmen" - nukleotidových bází označovaných písmeny A, C, G a T. Dvěma z nich vědci přisoudili roli digitální nuly, další dvě představují jedničku.

Touto metodou se podařilo dosáhnout hustoty dat odpovídající 720 GB na milimetr krychlový. Pouhé čtyři gramy DNA by stačily k uložení veškerých digitálních dat, které lidstvo vyprodukuje během jednoho roku.

Zápis je přitom velmi spolehlivý. Když vědci zapsali veškeré informace z knihy do HTML formátu, ten překódovali do DNA a po třech měsících takto uložené informace přečetli a převedli zpět do HTML, zaznamenali jen dvě chyby na milion bitů. To je výsledek srovnatelný se zápisem na DVD a lepší než u počítačových hard disků.

Informace se čtou stejnou metodou, jaká se používá pro čtení genomů. Jednou zapsaná data nelze měnit, takže metoda by se nehodila pro běžnou práci s daty, spíše pro jejich archivaci. Jiné vědecké týmy se pokoušejí o využití DNA i k opakovanému zápisu dat a k provádění základních operací s nimi, postupují však jiným způsobem.

Foto: Profimedia , Jane Ades/NHGRI