Китайские исследователи разработали систему кодирования DNA-SaM, которая позволяет записывать цифровые файлы в ДНК и восстанавливать их с исправлением ошибок. В эксперименте ученые сохранили в генетическом материале кишечной палочки рассказ Эрнеста Хемингуэя, а затем проверили, удается ли прочитать его на сотом поколений бактерий. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
ДНК рассматривают как перспективный носитель информации благодаря способности хранить данные в последовательности четырех молекулярных компонентов — A, T, G и C. Такой подход потенциально позволит создавать компактные архивы, рассчитанные на длительное хранение. Однако при синтезе, копировании и чтении молекул возникают ошибки, которые могут привести к потере информации.
Система DNA-SaM призвана решить эту проблему. Она разбивает файлы на небольшие фрагменты, присваивает им адреса для последующей сборки и заранее отбирает последовательности, которые проще синтезировать и которые с меньшей вероятностью нарушат работу клетки. В алгоритм также встроены механизмы исправления ошибок.
Для эксперимента ученые выбрали «Очень короткий рассказ» Хемингуэя. Цифровой файл размером 3288 байт преобразовали в 41 фрагмент ДНК и встроили в плазмиды — небольшие молекулы, способные размножаться внутри бактерий независимо от основной хромосомы.
Затем плазмиды ввели в кишечную палочку и проследили за сохранностью данных на протяжении 100 поколений. Исследователи анализировали последовательности в нескольких контрольных точках, от начала эксперимента до сотого поколения. Прочитанные участки совпадали с исходными данными.
Ученые также проверили систему на синтетических молекулах ДНК вне живых клеток. Результаты показали, что при достаточном количестве копий встроенные механизмы коррекции позволяют полностью восстановить исходные файлы. Если же копий становилось слишком мало, часть информации могла теряться.
Ученые отмечают, что практическое применение технологии пока невозможно. Синтез ДНК и чтение ее последовательностей остаются дорогими, а возможности системы для хранения огромных массивов информации оценивались расчетным путем.
Ранее ученые создали молекулярный ДНК-компьютер без затрат энергии.