Живая память: Бактерии как носитель информации
Современные электронные носители данных, как известно, приблизились к теоретическому пределу — с помощью тех же технологий, все уменьшая ячейки памяти, вместить больше информации все труднее и труднее. Но тем интересней и актуальней работы, посвященные принципиально иным подходам к той же задаче. Включая и такой оригинальный, как использование в качестве носителей колонии кишечной палочки.
Схематично такую бактериальную систему хранения данных можно описать так. Исходное сообщение (например, 'Popular Mechanics' — 17 символов) переводится в комбинацию цифр в четвертичной системе счисления (каждая буква описывается набором из трех цифр от 0 до 3; в нашем примере это будет 68 цифр — 13001233130013111230120113020200123112111203122012011232122112031303). Эти цифры переводятся в соответствующие кодоны ДНК — таким образом, мы получаем их последовательность (пока на бумаге — вот такую: TGAATCGGTGAATGTTTCGATCATTGACACAATCGTTCTTTCAGTCCATCATTCGCTCCTTCAGTGAG), которая затем с помощью специального алгоритма еще более укорачивается и сжимается. Синтезируется соответствующий фрагмент ДНК, который с помощью вектора вносится в бактериальную клетку. Если он слишком велик, то предварительно придется разбить его на несколько частей, и вносить их в разные клетки по отдельности. Понятно, что считывание данных происходит в обратной последовательности (несколько подробнее с методом можно ознакомиться в этой презентации).
По словам китайских ученых, занимающихся этой темой, для сохранения с помощью их метода текста американской Декларации независимости (8047 символов), достаточно всего 18-ти бактериальных клеток. Так что потенциал технологии огромен — плотность информации весьма велика. Ведь 1 г бактериальной биомассы содержит порядка 10 млн отдельных клеток — и простейший пересчет показывает, что он способен сохранить ту же декларацию независимости весьма надежно, в количестве порядка 500 млн копий, что соответствует 90 Гб данных.
Конечно, пока подход далек от совершенства, и тем более практического использования. Синтез ДНК — дело пока кропотливое и затратное, как и считывание ее последовательности. Существует и вполне реальная опасность, что наши данные в живых организмах будут мутировать, что приведет к их искажению. Впрочем, китайцы уже предложили вполне практичную сферу применения своей технологии — компании, занимающиеся созданием коммерческих генетически модифицированных бактерий, смогут таким образом ставить на бактериях свое «клеймо» или значок копирайта.
Ну а если смотреть на вещи более открыто, то потенциал метода действительно велик. Помимо высокой плотности хранения информации, она предлагает и широту условий, в которых она не теряется. В отличие от электронных компонентов, бактерии более устойчивы к перепадам в окружающей среде — к примеру, небезызвестная бактерия Deinococcus radiodurans (мы писали о ней в заметке «Странная ягода, устойчивая к радиации») обладает удивительной стойкостью к воздействию жесткого излучения и почти нечувствительна к внешним электромагнитным полям. Теоретически, сохраненные в ней наши знания будут способны пережить даже ядерный апокалипсис. И как знать, может, это будет все, что останется от нашей цивилизации.
По сообщению Cambridge Bluesci