Американские ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке разработали технологию, позволяющую копировать информацию с любого цифрового носителя напрямую в ДНК, фактически превращая клетки живых организмов в миниатюрные устройства для записи и хранения данных.

Конечно, изучать таким образом боевые искусства в ближайшем будущем вряд ли станет возможным, но у новой технологии есть масса других возможных применений.

Например, если загрузить компьютерный код в ДНК какой-нибудь кишечной палочки, это никак не отразится на ее способности к размножению. А значит, такие «ожившие программы» могут самым естественным образом бесконечно штамповать собственные копии в чашке Петри, непрерывно обновляя зашифрованный в них код.

Другими словами — тысячелетия хранить нужную информацию в почти неизменном виде.

Пока что новая технология сильно уступает другим, привычным методам хранения данных — как по скорости, так и по объему записывающих устройств. Однако, по словам ученых, она надежно защищена от ошибок, ведь система записи генетической информации — без всякого преувеличения — стара как сама жизнь.

Как это работает?

Сама по себе технология сборки ДНК не нова. Азотистых оснований, из которых состоит генетический код, всего четыре. В лабораторных условиях их можно собирать в цепочку, нанизывая одно за другим, как бусы, в произвольном порядке.

Делается это при помощи технологии CRISPR-Cas9, более известной как «генетические ножницы». Она была разработана восемь лет назад, а в прошлом году была удостоена Нобелевской премии по химии.

Однако сборка генетического кода на молекулярном уровне — работа кропотливая: она требует массы времени и специального оборудования. Во всяком случае так было до последнего времени, пока группе ученых из Колумбийского университета не удалось автоматизировать этот процесс.

«Нам удалось научить клетки разговаривать с компьютером посредством электронных сигналов и таким образом скачивать информацию с любого электронного носителя», — рассказывает Би-би-си ведущий автор исследования, профессор системной биологии Харрис Ванг (Harris Wang).

Опыты проводились в его лаборатории, с использованием кишечной палочки E. coli. Эта бактерия настолько хорошо изучена, что микробиологи часто использую ее клетки в своих экспериментах в качестве подопытных кроликов.

Однако, подчеркивает профессор, CRISPR отлично подходит и для редактирования человеческого генома. А значит, можно надеяться, что в будущем информацию можно будет копировать из компьютера напрямую в клетки людей. Почти как в «Матрице» или в фильме «Джонни-мнемоник» все с тем же Киану Ривзом в главной роли.

«Двоичный код компьютерной программы (набор нолей и единиц) мы переводим в электрические импульсы, которые посылаем в клетку, — объясняет изобретатель. — На ее поверхности есть рецепторы, которые воспринимают эти сигналы и уже переводят их на язык ДНК, автоматически выстраивая нужную последовательность генома».

В результате к основной цепочке ДНК добавляется дополнительный фрагмент — своеобразный «информационный прицеп». В отличие от цифровой компьютерной информации, он представляет собой набор букв генетического кода (то есть аналоговый шифр), поэтому ученый сравнивает этот отрезок с магнитной лентой.

Зашитая в ДНК бактерии информация становится частью ее генома и автоматически копируется при каждом делении клетки.

«А это значит, что позже, считав эту последовательность, мы сможем восстановить, воссоздать информацию, сохраненную в популяции клеток», — утверждает профессор.

Как два байта записать?

Изначально эксперимент проводился для того, чтобы автоматизировать сложный процесс сборки ДНК и сделать его более доступным — не требующим специальных знаний и оборудования.
Однако, по словам профессора Университета центральной Флориды в Орландо Дмитрия Колпащикова, использовать генетический код для записи компьютерных программ довольно странно: для этого есть другие, куда более простые и эффективные способы.

«Чтобы записать один бит информации, в клетку посылали электрические сигналы на протяжении 14 часов, — недоумевает он. — Чтобы найти этой технологии хоть какое-то практическое применение, процесс необходимо сильно ускорить. Притом что очевидных способов сократить это время нет: на запись одного бита будет уходить в лучшем случае час, а то и несколько».

В ходе эксперимента, продолжавшегося 42 часа, ученым удалось записать в ДНК всего три бита информации.

А ведь чтобы считать эту информацию в будущем, необходимо провести полную расшифровку бактериальной ДНК — что при нынешнем уровне технологий, конечно, не то чтобы сложно, но все же требует значительного времени и средств: секвенирование генома стоит недешево.

Профессор Ванг говорит, что в лаборатории процесс замедляли специально, а плотность записи информации в формате ДНК теоретически может быть даже выше, чем позволяют существующие технологии. Не говоря уже о том, что клеточное строительство едва ли уступает по скорости цифровой записи.

«Время компьютерных операций измеряется в миллисекундах, но некоторые клеточные энзимы могут работать столь же быстро, — уверяет он. — Возможно, в будущем мы сможем разработать какие-то внутриклеточные механизмы, которые позволят сильно ускорить процесс. Теоретически ничто не мешает создать клетку, которая будет полностью копировать свой геном за несколько минут».

Однако, по словам Колпащикова, даже в этом случае предлагаемый американцами метод вряд ли окажется более эффективным, чем уже существующие сегодня способы записи информации. Так что даже развивать новую технологию особого смысла нет — если, конечно, речь только о способе хранения данных.