Ученые в Нью-Йорке сделали уникальное открытие: людей можно обучать как в ‘Матрице’

Помните, как Нео в “Матрице” научили восточным единоборствам? Пара секунд в кресле с подключенной к какой-то машине головой и его удивленно-восхищенная фраза: “Я знаю кунг-фу!” Эта знаменитая сцена может оказаться не так далека от реальности, как всем нам казалось на момент выхода картины 22 года назад, пишет BBC.

Ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке разработали технологию, позволяющую копировать информацию с любого цифрового носителя напрямую в ДНК, фактически превращая клетки живых организмов в миниатюрные устройства для записи и хранения данных.

Конечно, изучать таким образом боевые искусства пока нельзя, но у новой технологии есть масса других возможных применений.

Например, если загрузить компьютерный код в ДНК какой-нибудь кишечной палочки, это никак не отразится на ее способности к размножению. А значит, такие “ожившие программы” могут самым естественным образом бесконечно штамповать собственные копии в чашке Петри, непрерывно обновляя зашифрованный в них код.

Другими словами – тысячелетиями хранить нужную информацию в почти неизменном виде. Бррр!! Сразу вспомнился другой фильм… “Трансцендентность” с Джонни Деппом.

Пока новая технология сильно уступает другим, привычным методам хранения данных – как по скорости, так и по объему записывающих устройств. Однако, по словам ученых, она надежно защищена от ошибок, ведь система записи генетической информации – без всякого преувеличения – стара как сама жизнь.

Как это работает

Сама по себе технология сборки ДНК не нова. Азотистых оснований, из которых состоит генетический код, всего четыре. В лабораторных условиях их можно собирать в цепочку, нанизывая одно за другим, как бусы, в произвольном порядке.

Делается это при помощи технологии CRISPR-Cas9, более известной как “генетические ножницы”. Она была разработана восемь лет назад, а в прошлом году была удостоена Нобелевской премии по химии.

Однако сборка генетического кода на молекулярном уровне – работа кропотливая: она требует массы времени и специального оборудования. Во всяком случае так было до последнего времени, пока группе ученых из Колумбийского университета не удалось автоматизировать этот процесс.

“Нам удалось научить клетки разговаривать с компьютером посредством электронных сигналов и таким образом скачивать информацию с любого электронного носителя”, – пояснил ведущий автор исследования, профессор системной биологии Харрис Вонг.

По теме: Из Сибири в Нью-Йорк: как российский ученый работает над Адронным Коллайдером в США

Опыты проводились в его лаборатории, с использованием кишечной палочки E. coli. Эта бактерия настолько хорошо изучена, что микробиологи часто использую ее клетки в своих экспериментах и опытах.

Однако CRISPR отлично подходит и для редактирования человеческого генома. А значит, можно надеяться, что в будущем информацию можно будет копировать из компьютера напрямую в клетки людей.

“Двоичный код компьютерной программы (набор нолей и единиц) мы переводим в электрические импульсы, которые посылаем в клетку, – объясняет изобретатель. – На ее поверхности есть рецепторы, которые воспринимают эти сигналы и уже переводят их на язык ДНК, автоматически выстраивая нужную последовательность генома”.

В результате к основной цепочке ДНК добавляется дополнительный фрагмент – своеобразный “информационный прицеп”. В отличие от цифровой компьютерной информации, он представляет собой набор букв генетического кода (то есть аналоговый шифр), поэтому ученый сравнивает этот отрезок с магнитной лентой.

Зашитая в ДНК бактерии информация становится частью ее генома и автоматически копируется при каждом делении.

“А это значит, что позже, считав эту последовательность, мы сможем восстановить и воссоздать информацию, сохраненную в популяции клеток”, – утверждает профессор.

Огромные перспективы

Пока запись информации в клетки проходит довольно медленно.

Чтобы записать один бит информации, в клетку посылали электрические сигналы на протяжении 14 часов. В ходе эксперимента, продолжавшегося 42 часа, ученым удалось записать в ДНК всего три бита информации. Обратная расшифровка тоже может занять время, то есть до скорости работы обычной флешки бактериям пока далековато.

Профессор Вонг говорит, что в лаборатории процесс замедляли специально, а плотность записи информации в формате ДНК теоретически может быть даже выше, чем позволяют существующие технологии. Не говоря уже о том, что клеточное строительство едва ли уступает по скорости цифровой записи.

“Время компьютерных операций измеряется в миллисекундах, но некоторые клеточные энзимы могут работать столь же быстро, – уверяет он. – Возможно, в будущем мы сможем разработать какие-то внутриклеточные механизмы, которые позволят сильно ускорить процесс. Теоретически ничто не мешает создать клетку, которая будет полностью копировать свой геном за несколько минут”.

По теме: Приглашение в мечту: как ученый из Беларуси приехал в Нью-Йорк на год и остался навсегда

Но ценность этой технологии не столько в скорости, сколько в живучести и, по сути, возможности вечно хранить информацию.

“В ДНК информация записана в трехмерном аналоговом виде, а это наиболее устойчивая форма. В таком виде данные могут храниться сотни тысяч, а то и миллионы лет”, – уверяет он.

Уже сегодня иногда не так просто найти способ, чтобы считать данные с лазерного диска или магнитной ленты, не говоря уж о перфокартах.

Все эти носители недолговечны, а любые технологии быстро устаревают, напоминает профессор. А вот генетическому коду эта проблема нипочем.

“Мы знаем, что и через 50 тысяч лет сможем расшифровать ДНК ровно так же, как делаем это сегодня, – уверен Харрис Вонг. – Какая еще форма записи на такое способна?”

Профессор Вонг не спорит, что пока технология находится на самом начальном этапе разработки. В идеале нужно как-то автоматизировать и обратный процесс: сделать так, чтобы клетка могла не только копировать и сохранять информацию, но и самостоятельно передавать ее куда-то. Только тогда она научится полноценно “разговаривать с компьютером” – не только слушать, но и отвечать.

Впрочем до этого, признает разработчик, еще очень и очень далеко. Природа изобрела массу способов, позволяющих создавать и изменять генетический код, а ученые только начинают их осваивать.

“Мы не боги, – улыбается профессор, – Мы лишь используем ДНК для записи информации. Так что мы скорее художники, или писатели, или программисты – создаем генетические программы с каким-то новым полезным функционалом из уже готовых элементов”.

Следующий шаг, по его словам, – упростить способ передачи информации из компьютера в клетку. Сейчас для этого используется поток электронов, но в будущем его можно заменить чем-нибудь другим. Например, переменным магнитным полем или температурой внешней среды. Или даже обычным лучом света – ведь фоторецепторы есть у большинства живых организмов.

Тогда, мечтает профессор, копировать информацию в ДНК можно будет куда быстрее – ведь запись можно будет одновременно вести сразу на нескольких частотах.