Инженеры из MIT создали «аналоговый жесткий диск» на основе ДНК
Американские ученые смогли превратить популяцию бактерий кишечной палочки в «аналоговый жесткий диск». Исследователи считают, что память на основе ДНК бактерий может найти применение в медицинских датчиках и датчиках окружающей среды, а также в биокомпьютерах с высокой степенью параллелизма, сообщает CNews.
Инженеры из Массачусетского технологического института превратили геном кишечной палочки в средство для долгосрочного хранения информации. Ученые считают, что стабильность, возможность стирания данных и несколько способов чтения информации сделают «бактериальную память» полезной в медицинских датчиках и датчиках окружающей среды.
Статья о новом виде памяти была опубликована в последнем номере журнала Science. Ее авторы — Тимоти Лу (Timothy Lu), доцент по электротехнике, информатике и биотехнологиям Массачусетского технологического института, и студент магистратуры Фахим Фарзадфард (Fahim Farzadfard).
Ранее опыты по хранению данных в геноме бактерии уже проводились. Но исследователи быстро столкнулись с ограничением по объему записываемой информации, так как существующие методы требовали большого количества генетических элементов.
Еще одна сложность заключалась в том, что ученые могли записать лишь бинарные данные. То есть, например, информацию о том, случалось ли какое-либо событие или нет. В новом эксперименте исследователям удалось записывать не только состояние, но и степень влияния события и его продолжительность.
Информация записывается в последовательность ДНК бактерии. Для того чтобы поместить туда данные, исследователи заставили бактерию выработать фермент, способный осуществлять специфическую рекомбинацию ДНК на заранее указанном участке генома. После этого осуществленное перестроение сохраняется на протяжении всей жизни популяции бактерий и переходит в последующие поколения этих микроорганизмов.
Способов чтения записанной таким образом информации существует несколько. Если ДНК была помещена в нефункциональную часть генома, узнать, где находится информация в конкретной клетке можно путем секвенирования генома. Также ученые могут использовать последовательности для изменения генома. Например, в данном конкретном исследовании новая последовательность ДНК активировала ген устойчивости к антибиотику. Ученые смогли подсчитать число клеток с произведенными изменениями в их геноме, сосчитав количество выживших клеток после добавления антибиотика.
Удалить информацию можно путем записи новых ДНК в прежнее место. Но пока этот способ не очень эффективен, и ученые работают над тем, чтобы его улучшить.
«Эта работа, прежде всего, интересна тем, что она предоставляет массу возможностей в рамках одной системы: длительный срок хранения, аналоговые свойства, метод распределенной записи и несколько доступных способов чтения информации, — пояснил Шоун Дуглас (Shawn Douglas), помощник профессора из Университета Калифорнии в Сан-Диего. — Вместо того чтобы работать по отдельности с каждой клеткой как со средством хранения двоичных данных, Лу и Фарзадфард стали оперировать целиком всей популяцией микроорганизмов, представляющей собой своего рода аналоговый жесткий диск. Это позволило существенно увеличить объем информации, которую можно хранить».
Авторы предполагают, что подобная память может найти применение в датчиках для мониторинга уровня углекислого газа, кислоты и загрязняющих веществ в океане, уровня потребления сахара или жира в пищеварительной системе человека и т. д. Также ее можно использовать в биокомпьютерах. При этом особенно полезной память может стать в вычислительных системах с большой степенью параллелизма.
Спонсорами исследования являются Департамент здравоохранения США, Управление военно-морских исследований США и Управление по проведению перспективных исследований и разработок (DARPA) при Министерстве обороны США. Объем инвестиций не сообщается.