Pertumbuhan volume informasi digital mendorong para ilmuwan untuk mencari cara yang lebih ringkas untuk merekam dan menyimpannya. Dan apa yang lebih kompak dari DNA? RIA Novosti, bersama dengan seorang ahli, menemukan cara menyandikan kata dengan nukleotida dan berapa banyak data yang terkandung dalam satu molekul.
Kode-alasan
DNA adalah urutan nukleotida. Hanya ada empat di antaranya: adenin, guanin, timin, sitosin. Untuk menyandikan informasi, masing-masing diberi kode digit. Misalnya, timin - 0, guanin - 1, adenin - 2, sitosin - 3. Pengkodean dimulai dengan fakta bahwa semua huruf, angka, dan gambar diubah menjadi kode biner, yaitu urutan nol dan satu, dan sudah diubah menjadi urutan nukleotida, yaitu kode kuarterner.
Sebelum Anda menyandikan data ke dalam DNA, Anda perlu menerjemahkannya ke dalam kode / Ilustrasi digital oleh RIA Novosti. Alina Polyanina.
Hanya tiga nukleotida yang dapat digunakan untuk membuat kode (kode terner), dan yang keempat adalah memecah urutan menjadi beberapa bagian. Ada opsi dengan konstruksi pangkalan dalam bentuk kode biner, ketika dua di antaranya sesuai dengan nol, dan dua berkorespondensi dengan satu.
Beberapa teknik digunakan untuk membaca. Salah satu yang paling umum adalah rantai molekul DNA disalin menggunakan basa, yang masing-masing memiliki label warna. Kemudian detektor yang sangat sensitif membaca data, dan komputer menggunakan warna untuk merekonstruksi urutan nukleotida.
“Molekul DNA sangat luas. Bahkan pada bakteri, biasanya mengandung sekitar satu juta basa, dan pada manusia, sebanyak tiga miliar. Artinya, setiap sel manusia membawa volume informasi yang sebanding dengan kapasitas flash drive. Dan kami memiliki triliunan sel seperti itu. Sejumlah besar data dapat direkam dalam DNA, tetapi menulis dan membaca dari media seperti itu masih terlalu lambat dan mahal,”kata Alexander Panchin, Ph. D. di bidang Biologi, peneliti senior di Institute for Information Transmission Problems, dinamai A. A. Kharkevich, Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia.
Video promosi:
Kepadatan rekaman tumbuh
Pada Juni 1999, jurnal Nature menerbitkan sebuah artikel oleh ilmuwan Amerika yang mengembangkan teknik pengiriman pesan rahasia menggunakan DNA. Mereka mensintesis molekul dengan memasukkan urutan nukleotida yang dibentuk menggunakan kode kuaterner. DNA rahasia dalam campuran itu dikirim ke laboratorium lain. Para karyawannya, dengan menggunakan kunci kimia khusus, menemukan molekul yang diinginkan dan mengekstraksi informasi darinya.
“Secara umum, ada dua pendekatan untuk merekam data pada DNA. Yang pertama adalah saat Anda mensintesis DNA yang benar-benar baru menggunakan penyintesis kimiawi. Atas perintah komputer, nukleotida ditambahkan ke larutan dalam urutan tertentu, dan rantai dasar yang diperlukan secara bertahap "tumbuh". Dalam kasus kedua, data dikodekan dalam DNA organisme yang sudah ada,”jelas Panchin.
Pada Mei 2010, kelompok Craig Venter, yang pertama kali memetakan genom manusia, menerbitkan makalah tentang pembuatan bakteri buatan. Mereka mengambil sel bakteri yang dimurnikan dari genom sebagai dasar dan menempatkan urutan basa yang terbentuk di sana. Hasilnya adalah bakteri baru, cukup aktif dan hidup, yang berbeda dari biasanya hanya karena DNA-nya dibuat dengan tangan. Selain itu, tim tersebut menunjukkan rasa keindahan dengan menuliskan nama dan kutipan mereka dari karya klasik menggunakan kode kuaterner dalam DNA bakteri.
Pada 2012, sebuah kelompok yang dipimpin oleh ahli biologi molekuler George Church mengambil pendekatan yang lebih menyeluruh dan memberi kode DNA pada buku Regenesis yang terdiri dari 52.000 kata: Bagaimana Biologi Sintetis Akan Menemukan Kembali Alam dan Diri Sendiri, beberapa gambar dan satu program Java. Mereka menggunakan kode biner. Jumlah total data adalah 658 kilobyte. Kepadatan informasi ditemukan hampir 1018 byte per gram molekul. Sebagai perbandingan, hard drive 1012 byte memiliki berat sekitar seratus gram. Kerugian utama dari metode ini adalah ketidakstabilan informasi yang direkam.
“Molekul DNA cenderung bermutasi, yang mengurangi keandalan penyimpanan data. Terutama jika pembawa DNA adalah sel hidup yang mampu membelah: ketika DNA diduplikasi, kesalahan sering terjadi. Keandalan penyimpanan data akan meningkat jika Anda memiliki ribuan salinan dari pesan yang sama. Atau simpan saja DNA-nya, katakanlah, di dalam freezer. Pada suhu rendah, kemampuan molekul untuk bermutasi berkurang secara signifikan,”jelas sang ahli.
Selain itu, informasi terkadang hilang saat membaca. Kesalahan dapat bersifat kimiawi, ketika basis yang salah dipasang ke suatu elemen, atau dihitung murni, yaitu, tergantung pada komputer.
Mahal, dapat diandalkan
Pada Maret 2017, majalah Science menerbitkan sebuah artikel oleh para ilmuwan Amerika yang berhasil menulis 2 * 1017 byte per gram DNA. Ahli biologi menekankan bahwa mereka tidak kehilangan satu byte pun. Sederhananya, apa yang kami rekam adalah apa yang kami dapatkan di pintu keluar.
Untuk pengguna biasa, "flash drive genetik" belum tersedia, karena sangat mahal untuk menyimpan informasi di dalamnya, dan kecepatan baca / tulis rendah. Ilmuwan memperkirakan bahwa membaca hanya satu megabyte membutuhkan sekitar tiga setengah ribu dolar dan beberapa jam waktu.
Keuntungan yang tidak diragukan lagi dari pencatatan informasi pada DNA termasuk kepadatan penyimpanan data yang sangat besar, serta stabilitas pembawa - namun, hanya pada suhu rendah.
