The article has been automatically translated into English by Google Translate from Russian and has not been edited.
Переклад цього матеріалу українською мовою з російської було автоматично здійснено сервісом Google Translate, без подальшого редагування тексту.
Bu məqalə Google Translate servisi vasitəsi ilə avtomatik olaraq rus dilindən azərbaycan dilinə tərcümə olunmuşdur. Bundan sonra mətn redaktə edilməmişdir.

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

08.02.2021, 10:31 EST

Людмила Балабай

Подписывайтесь на ForumDaily NewYork в Google News

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.

Фото: Shutterstock

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.

Подписывайтесь на ForumDaily NewYork в Google News

Давайте вместе противостоять кризису и поддерживать друг друга

Спасибо, что остаетесь с нами и доверяете! За последние 5 лет мы получили массу благодарных отзывов от читателей, которым наши материалы помогли устроить жизнь после переезда в США. У нас большие планы, мы не хотим останавливаться или замедлять темп работы. Даже сейчас…

Пандемия COVID-19 негативно повлияла на наши доходы, и чтобы продолжать оставаться на плаву, мы вынуждены просить ВАС о поддержке. Мы будем благодарны за любую сумму и приложим максимум усилий, чтобы продолжать так же оперативно публиковать новости и много полезной информации.

Спасибо, что вы с нами!

Всегда ваш, ForumDaily!

Безопасность взносов гарантируется использованием надежно защищенной системы Stripe.