Живые носители информации

Хранение информации с использованием ДНК обещает настоящий прорыв в создании более вместительных носителей памяти: теоретический предел их емкости достигает миллиарда гигабайт на куб. мм. Ученые ищут эффективные технологии записи, хранения и считывания данных с таких молекул – как правило, это требует перекодирования информации в виде нуклеотидов ДНК и искусственного синтеза ДНК «в пробирке».

Реже ученые пытаются внести информацию прямо в живую клетку, и пока что рекорд составлял лишь 11 байт данных. Лишь недавно команде генетика Сета Шипмана (Seth Shipman) из Гарвардского университета удалось увеличить это число на порядок. В экспериментах, которые описаны в статье, опубликованной журналом Science, авторы показали, что запись передается потомкам вместе с остальным генотипом. В принципе, это может быть пароль или короткое стихотворение: ученым удалось сохранить и размножить около 100 байт.

Исследователи использовали знаменитую естественную систему «бактериального иммунитета» CRISPR/Cas, которая лежит в основе новейших методов генной инженерии. Действуя в бактерии, она обеспечивает распознавание попавших в клетку вирусных геномов, их разрезание и сохранение отдельных фрагментов в специальном участке бактериальной хромосомы (CRISPR). В будущем бактерия сможет обратиться к этому хранилищу, как к картотеке опасной ДНК, и быстрее отреагировать на вторжение вируса. Эта «память» передается и ее потомкам.

Так действует и «система записи данных в бактерию», описанная Шипманом и его соавторами. Закодировав сообщение в ДНК, ученые «скармливали» ее фрагменты колонии бактерий кишечной палочки (E. coli) один за другим. Дело в том, что запись CRISPR идет последовательно, и фрагменты чужеродных ДНК сохраняются в том порядке, в котором они встретились клетке. И хотя не все бактерии в колонии отреагировали на добавленные учеными молекулы, некоторые один за другим включили их все. Авторы показали, что, размножив бактерии и секвенировав геном их потомков, можно без особого труда прочесть исходное сообщение.

Вряд ли CRISPR/Cas позволит сохранять в бактериях колоссальные объемы данных, однако 100 байт – явно не предел для такого подхода. По подсчетам ученых, некоторые другие виды, такие как Sulfolobus tokodaii, позволят довести эту величину почти до 3 Кб. И в будущем если не жесткие диски, то дискеты и флешки бактерии вполне могут заменить.