Биoxимики прeдлoжили нoвый мeтoд зaписи инфoрмaции нa eстeствeнныe мoлeкулы ДНК, в кoтoрoм кoдирoвaниe прoисxoдит зa счeт пoлoжeния мeстa oднoцeпoчeчнoгo рaзрывa. Зaпись инфoрмaции в тaкую ячeйку пaмять зaстрaxoвaнa oт oшибoк присутствие кoдирoвaнии и прoисxoдит гoрaздo быстрee, чeм синтeтичeскoe кoдирoвaниe нуклeoтидaми, oднaкo пoкa чтo нoвый спoсoб прoигрывaeт в плoтнoсти зaписи. Стaтья oпубликoвaнa в журнaлe Nature Communications.
Впeрвыe идeю o xрaнeнии цифрoвoй инфoрмaции в мoлeкулe ДНК зaтрoнул в 1959 гoду aмeрикaнский физик Ричaрд Фeйнмaн в свoeй лeкции пoд нaзвaниeм «Внизу пoлным-пoлнo мeстa: приглaшeниe в нoвый шар земной физики». Xрaнeниe инфoрмaции нa мoлeкулax ДНК интeрeснo зa счeт свoeй кoлoссaльнoй инфoрмaциoннoй емкости — в прошлом году ученые записали 16 гигабайт текста английской версии Википедии в одной молекуле ДНК. Зашифровка в таких системах происходит за счет синтеза молекулы с определенной последовательности нуклеотидов: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Да у этого подхода есть много ограничений и неудобств. Вслед за один цикл к молекуле ДНК добавляется исключительно один нуклеотид, а потому процесс протекает значительное пора и требует больших затрат относительно распространенных оптических и магнитных средств ежедневник. Более того сам синтез подвержен ошибкам и пусть даже при оптимальном процессе количество ошибок может завоёвывать 21 процента.
Ольгица Миленкович (Olgica Milenkovic) со своими коллегами предложила свежеиспеченный способ записи информации на молекулы ДНК, полученные с живых организмов, основанный на одноцепочечном разрыве молекулы ДНК с через фермента. Ученые таким образом записали и считали информацию нате ДНК бактерии кишечной палочки (Escherichia coli) Геттисбергскую предложение Линкольна (0,4 килобайта) и фотографию мемориала Линкольна (14 килобайт).
Операция записи , хранения и чтения информации на разрывах молекул ДНК
Olgica Milenkovic et al. / Nature Communications, 2020
Сложиться
Известные разрывные ферменты — никазы — способны различать и связывать только определенные последовательности в цепи ДНК, которые мало не покажется ограничены их окружением. Например, разрывные эндонуклеазы признают не более специфические последовательности длиной в шесть пар нуклеотидов, ровно ограничивает их использование для масштабной еженедельник. Никаза SpCas9n пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes) убыстренно используется в генной инженерии, но для ее работы надобно два гуанина в цепи подряд, что ограничивает отстойник в 16 раз. В качестве такого фермента биофизики предложили истощить фермент пирококка (Pyrococcus furiosus) PfAgo — точный искусственный ограничительный фермент с возможностью расщепления получи произвольных частях цепи ДНК. Этот каталаза за время своего действия способен сделать сотни разрывов в отличие от SpCas9n и до тех пор уже использовался для сборки генома и распознавании железы ДНК.
Кодирование информации с помощью фермента PfAgo
В качестве основные принципы для записи ученые выделили ДНК бактерии кишечной палочки штамма K12 MG1655. Быть выборе длины цепочки в 450 пар азотистых оснований они руководствовались двумя ограничениями: отнюдь не менее десяти позиций обрыва с промежутками безграмотный менее 25 нуклеотидов и отсутствие диссоциации в кругу участками обрыва.
Для проверки качества дневник биофизики закодировали Геттисбергскую речь Авраама Линкольна и фотографию мемориала Линкольна в двоичную преемственность из десятибитовых строк, в которой единица — присутствие разрыва, а ноль — его отсутствие в возможном месте разрыва. П полученные строки переводили в позиционную систему в целях сжатия информации вдвое. Чтобы достичь быстрой и эффективной календарь данных ученые для каждого регистра создавали библиотеку возможных направляющих фрагментов ДНК с целью фермента автоматизированной комбинацией вариантов.
Биофизики чтобы хранения информации поместили регистры в сеть микропланшетов, которые обеспечивают неоправданный доступ к регистрам и организуют доступ к данным, в ту же линию дорожкам на CD-дисках и магнитных лентах. Все авторы признают, что такой метод хранения безлюдный (=малолюдный) годится для масштабируемого производства, тем безграмотный менее они надеются на разработку масштабируемых систем позиционного хранения данных с использованием МАЛДИ-пластин возможно ли микрофлюидных устройств. Чтобы своими силами отшлифовать емкостную способность позиционного хранения ученые предложили три варианта улучшения: применение в одной ячейке нескольких регистров, в которых отчаянно мало пересечение в последовательностях, введение специфичного разрыва в зависимости ото цепи — увеличение емкости одного разрыва получай 58 процентов, комбинаторное смешивание молекул одного регистра до специальным схемам.
Для считывания информации биофизики подвергали пертулинь ДНК денатурации и получали одноцепочечные молекулы ДНК с разной длиной в зависимости с положения разрыва. Эти последовательности они сравнивали с известной последовательностью регистра и выстраивали цепочку, определяли возможные позиции разрывов и присваивали мыльный пузырь, если разрыв в этом потенциальном месте отсутствовал. В качестве неразрушающего метода считывания информации авторы рассмотрели двое варианта: внедрение в разрыв флуоресцентного гена тож прохождение молекулы ДНК сквозь двумерную нанопористую мембрану дисульфида молибдена — для зависимости ионного тока от времени явственно заметно положение одноцепочечного разрыва. А для подтверждения своей гипотезы они смоделировали проникание молекулы ДНК через нанопору.
Схема прикрепления в местность разрыва зацепки с флуорисцирующим компонентом
Измерения ионного тока и проводимости мембраны в процессе прохождения молекулы ДНК чрез нанопору, t_dna — время прохождения всей молекулы, t_n — година прохождения разрыва
1/2
ДНК уже несколько парение используется в качестве экзотического средства записи. Двое года назад группа Massive Attack к 20-летнему юбилею своего альбома «Mezzanine» записала его в ДНК.
Артем Моськин
https://nplus1.ru/
Ключевые трепология:
Читайте также:
Джонни Депп на собственном опыте выступил в суде против Эмбер Херд
58-холодный Депп, обвиняющий 35-летнюю экс-супругу Херд в клевете, прямо выступил в суде Фэрфакса
Подробнее »»
