Открића

Како „програмирати“ живе бактерије да чувају податке

Истраживачи су смислили начин за електронско уписивање података у ДНК живих бактерија – а многи верују да ова опција складиштења информација неће ускоро застарети

Фото: Unsplash/Michael Schiffer

Текст: Ивана Николић

„Ово је заиста добар корак”, каже за Science Сет Шипман, биоинжењер са Универзитета у Калифорнији, коментаришући нову студију објављену почетком јануара у часопису Nature Chemical Biology. Ово би могло да доведе и до комерцијалног развоја, али упозорава да је коришћење живих бактерија за складиштење података ипак и даље веома далеко од реалне употребе од стране обичних људи.

Али, зашто бисмо уопште морали да користимо живе бактерије и њихов ДНК, када имамо толико хард и оптичких дискова који су на само корак од нас? Аутори студије Robust direct digital-to-biological data storage in living cells објашњавају да уређаји актуелне технологије могу постати нечитљиви и практично неупотребљиви када је претекне нова технологија. Сетимо се само флопи-дискова и магнетних трака! Истраживачи зато мисле да електронско уписивање података у ДНК живих бактерија неће ускоро застарети, ако и застари.

ДНК је атрактивна за чување података из више разлога. Прво, она је више него 1000 пута гушћа од најкомпактнијих хард дискова, што јој омогућава да чува чак 10 филмова у пуној дужини унутар запремине зрна соли. Поред тога, ДНК је сасвим сигурнo најважнији концепт у биологији, те се очекује да ће технологије за читање и писање с временом постати јефтиније и моћније.

Идеја о коришћењу ДНК за складиштење података није нова.

Да би то учинили, истраживачи обично претварају датотеку података, тј. њихов низ дигиталних јединица и нула, у комбинације четири базе молекула: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Затим користе ДНК синтетизатор за уписивање тог кода у ДНК. Али, тачност синтезе се смањује што је дужина кода већа, па истраживачи обично рашчлањују своје датотеке на комаде и записују их у исечке ДНК. Сваки тај исечак добија индекс да идентификује своју локацију у датотеци, а ДНК секвенцери затим читају исечке како би поново саставили датотеку. Проблем са овом методом је што кошта до 3500 долара да би се синтетизовао 1 мегабит информација. Осим тога, ДНК се временом може разградити.

Да би створили медијум који је дуготрајан и лакши за кодирање, истраживачи сада раде на упису података у ДНК живих организама, који копирају и преносе своје гене на следећу генерацију. Тим Хариса Ванга са Универзитета Колумбија је 2017. почео да користи CRISPR систем едитовања гена како би препознао биолошки сигнал, као што је присуство фруктозе. Када су истраживачи додали фруктозу у ћелије Escherichia coli, експресија гена се повећала у комадићима прстенасте ДНК зване плазмиди. Потом су CRISPR компоненте – које су еволуирале да бране бактерије од вируса – исецкале плазмид са прекомерном експресијом гена на комаде и ставиле његове делове у одређени део ДНК бактерија који се „сећа“ претходних вирусних освајача. Убачени генетички елемент представљао је дигитални бит. Ако је фруктозни сигнал одсутан, бактерије би уместо тога похраниле насумични делић ДНК, који би био дигитална нула. Секвенцирање ДНК Е. coli је затим открило да ли је бактерија била изложена фруктози, преко јединице или нуле.

Како је коришћењем овог приступа могло да се складишти само неколико битова података, Ванг и колеге заменили су систем за препознавање фруктозе оним који може да кодира дуже низове информација као што је електронски унос. Они су у Е. coli убацили серију гена који су омогућили ћелијама да повећају експресију плазмида као одговор на електрични напон. Као и код опције у којој је коришћена фруктоза, повећање експресије довело је до тога да се дигитална јединица ускладишти у ДНК бактерије. Да би очитали јединице и нуле, истраживачи су једноставно секвенцирали бактерије.

Користећи овај приступ, Ванг и колеге су кодирали око 72 бита података, да би написали поруку „Здраво, свете!“

Ванг је сагласан у оцени да је још рано за чување података у живим организмима. „Нећемо се такмичити са тренутним системима за складиштење меморије“, каже он. Истраживачи ће такође морати да смисле начине како да спрече да њихове поруке нестају или се губе док бактерије мутирају током репродукције.

 

ОТКРИЋА

Свакога дана се у свету објави више хиљада нових открића. Која од њих су заиста битна? Која мењају научну парадигму? И како разумети шта се заправо дешава на научним фронтовима?

Истражите текстове из рубрике ОТКРИЋА.

Истражите друге текстове:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

ЦПН
Улица краља Петра 46
11000 Београд
Република Србија
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs