Рост объема цифровой информации побуждает ученых искать более компактные способы ее записи и хранения. А что может быть компактнее ДНК? Вместе с экспертом выясним, как закодировать слова нуклеотидами и сколько данных вмещает одна молекула.

Основания-коды

ДНК представляет собой последовательность нуклеотидов. Их всего четыре: аденин, гуанин, тимин, цитозин. Для кодирования информации каждому из них приписывают цифру-код. Например, тимин — 0, гуанин — 1, аденин — 2, цитозин —3. Кодирование начинается с того, что все буквы, цифры и изображения переводят в двоичный код, то есть последовательность нулей и единиц, а их уже — в последовательность нуклеотидов, то есть четверичный код.

Прежде чем закодировать данные в ДНК, нужно перевести их в цифровой код. Можно применять только три нуклеотида для постройки кода (троичный код), а четвертым — разбивать последовательности на части. Есть вариант с построением оснований в виде двоичного кода, когда два из них соответствуют нулю, а два — единице.

Для считывания применяют несколько методик. Одна из самых распространенных заключается в том, что цепочку молекулы ДНК копируют с помощью оснований, у каждого из которых есть цветовая метка. Затем очень чувствительный детектор считывает данные, и по цветам компьютер восстанавливает последовательность нуклеотидов.

«Молекула ДНК очень емкая. Даже у бактерии она, как правило, содержит около миллиона оснований, а у человека — целых три миллиарда. То есть каждая клетка человека несет объем информации, сопоставимый с вместимостью флешки. И таких клеток у нас триллионы. В ДНК можно записать огромное количество данных, но запись и чтение с такого носителя пока происходят слишком медленно и дорого стоят», — рассказывает Александр Панчин, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН. 

Плотность записи растет

В июне 1999 года в журнале Nature вышла статья американских ученых, разработавших технику отправки секретных сообщений с помощью ДНК. Они синтезировали молекулу, включив в нее последовательность нуклеотидов, сформированную с использованием четверичного кода. Секретную ДНК в составе смеси отправили в другую лабораторию. Ее сотрудники, используя особые химические ключи, нашли нужную . . . Читать дальше