Исследователи из Китая представили инновационную систему кодирования под названием DNA-SaM, которая позволяет эффективным образом записывать цифровые файлы в молекулы ДНК и восстанавливать их с учетом исправления ошибок. В рамках эксперимента ученые сумели сохранить в генетическом материале кишечной палочки рассказ Эрнеста Хемингуэя, а затем проверили, удастся ли прочитать его спустя сто поколений бактерий. Результаты их работы были опубликованы в научном журнале Nature Communications.
ДНК рассматривается как многообещающий носитель информации благодаря своей способности хранить данные в виде последовательностей четырех молекулярных компонентов: аденина (A), тимина (T), гуанина (G) и цитозина (C). Такой подход открывает возможности для создания компактных архивов, предназначенных для длительного хранения информации. Однако при синтезе, копировании и чтении молекул могут возникать ошибки, что приводит к потенциальной потере данных.
Система DNA-SaM нацелена на решение данной проблемы. Она делит файлы на небольшие фрагменты, присваивает им адреса для последующей сборки и предварительно отбирает последовательности, которые проще синтезировать и которые с меньшей вероятностью нарушат функционирование клетки. Кроме того, в алгоритм встроены механизмы, позволяющие исправлять ошибки.
Для проведения эксперимента ученые выбрали рассказ Эрнеста Хемингуэя под названием «Очень короткий рассказ». Цифровой файл размером 3288 байт был преобразован в 41 фрагмент ДНК и внедрен в плазмиды — небольшие молекулы, способные размножаться внутри бактерий независимо от их основной хромосомы.
После этого плазмиды были введены в кишечную палочку, и ученые проследили за сохранностью данных на протяжении ста поколений. Исследователи анализировали последовательности на нескольких контрольных точках, начиная с самого начала эксперимента и до сотого поколения, и обнаружили, что прочитанные участки совпадали с исходными данными.
Кроме того, ученые проверили эффективность системы на синтетических молекулах ДНК вне живых клеток. Результаты показали, что при наличии достаточного количества копий встроенные механизмы коррекции позволяют полностью восстановить исходные файлы. Однако в случае, если копий становится недостаточно, часть информации может быть утеряна.
Тем не менее, исследователи подчеркивают, что практическое применение этой технологии на текущий момент остается затруднительным. Синтез ДНК и чтение ее последовательностей пока являются дорогостоящими процессами, а возможности системы для хранения больших объемов информации были оценены расчетным путем.
