Βιολογική βιβλιοθήκη
Είναι μια από τις πιο συμβολικές ομιλίες όλων των εποχών η οποία τώρα πια περνά στην... αθανασία με τον πιο ασυνήθιστο τρόπο. Ένα τμήμα της διάσημης ομιλίας «Έχω ένα όνειρο» την οποία έδωσε ο Μάρτιν Λούθερ Κινγκ το 1963 αποθηκεύθηκε γραμμένο στο «αλφάβητο» του DNA.
Σε έναν κόκκο άμμου
Ο Νικ Γκόλντμαν από το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής στο Χίνξτον της Βρετανίας και οι συνεργάτες του συνέθεσαν DNA με τρόπο ώστε να κωδικοποιούνται πληροφορίες στις τέσσερις βάσεις που αποτελούν τη διπλή του έλικα (αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη).
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν, όπως αναφέρουν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature», αυτά τα «γράμματα» του γενετικού υλικού προκειμένου να αποθηκεύσουν ακουστικό υλικό διάρκειας 26 δευτερολέπτων από τον λόγο του Μάρτιν Λούθερ Κινγκ, το σύνολο των 154 σονέτων του Σαίξπηρ, μια ψηφιακή φωτογραφία του εργαστηρίου τους, το διάσημο άρθρο με το οποίο το 1953 οι Τζέιμς Γουότσον και Φράνσις Κρικ περιέγραψαν για πρώτη φορά τη διπλή έλικα του DNA καθώς και έναν φάκελο ο οποίος περιέχει όλο το σύστημα κωδικοποίησης των πληροφοριών που χρησιμοποίησαν. Όλες αυτές οι πληροφορίες χώρεσαν σε ποσότητα DNA που δεν ήταν μεγαλύτερη από έναν κόκκο άμμου και ήταν στη συνέχεια δυνατόν να διαβαστούν με ακρίβεια της τάξεως του 100%.
Η διαδικασία
Πώς όμως γίνεται η κωδικοποίηση των πληροφοριών; Το σύστημα των ειδικών από τη Βρετανία χρησιμοποιεί τα ίδια τέσσερα «γράμματα» του γενετικού υλικού αλλά σε μια εντελώς διαφορετική «γλώσσα» από αυτή που «αντιλαμβάνεται» η... ζωή.
Προκειμένου να αντιγραφεί ένας φάκελος, όπως ένα κείμενο, τα δυαδικά ψηφία (0 και 1) τα οποία θα αντιπροσώπευαν αυτές τις πληροφορίες σε έναν σκληρό δίσκο πρέπει αρχικώς να μεταφραστούν στον κώδικα που έχει φτιάξει η ομάδα. Στη συνέχεια μια μηχανή σύνθεσης DNA παράγει την αντίστοιχη αλληλουχία.
Δεν πρόκειται όμως για ένα μόνο μακρύ μόριο αλλά για πολλαπλά αντίγραφα τμημάτων DNA - το κάθε τμήμα φέρει πληροφορίες προκειμένου να «ξέρει» πού ακριβώς πρέπει να λάβει θέση στην αλληλουχία. Το γεγονός αυτό προσφέρει αφθονία στο σύστημα: σε περίπτωση που κάποια τμήματα χαθούν, τα στοιχεία δεν θα χαθούν μαζί τους.
Παράλληλα χρησιμοποιείται ο συμβατικός εξοπλισμός των εργαστηρίων μοριακής βιολογίας που «διαβάζει» το DNA των οργανισμών, προκειμένου να διαβαστούν οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA και να μπορούν να προβάλλονται σε οθόνη υπολογιστή.
Το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης
Το DNA θεωρείται ως το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης αρχείων καθώς μπορεί να έχει διάρκεια ζωής χιλιάδων ετών, δεν απαιτεί ηλεκτρισμό για να λειτουργήσει, ενώ δεν χρειάζεται παράλληλα να συντηρείται σε ειδικές συνθήκες (‘αγαπά' πάντως να βρίσκεται σε σκοτεινά, κρύα και ξηρά σημεία). Όπως εξήγησε ο Δρ Γιούαν Μπίρνι που συμμετείχε στην ερευνητική ομάδα «εάν διατηρήσουμε το DNA σε κρύο, ξηρό και σκοτεινό μέρος διαρκεί για πολύ μεγάλο διάστημα. Αυτό το γνωρίζουμε επειδή συχνά αποκωδικοποιούμε DNA μαμούθ πολλών χιλιάδων ετών το οποίο έχει διατηρηθεί από τύχη σε τέτοιου είδους συνθήκες».
Θεωρητικώς το DNA μπορεί να κωδικοποιήσει τεράστιους όγκους δεδομένων. Σε ένα γραμμάριο του γενετικού υλικού χωρούν περίπου δύο petabytes (1 petabyte = 1.125.899.906.842.624 bytes) - το αντίστοιχο τριών εκατομμυρίων CD. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αποτελέσει μια πολύ καλή... αποθήκη για τη φύλαξη τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών όπως αυτές που παράγονται σε καθημερινή βάση στο CERN ή σε άλλα μεγάλα επιστημονικά ιδρύματα.
Απαγορευτικά ακριβή διαδικασία
Οι ερευνητές παραδέχονται βέβαια ότι το κόστος σύνθεσης του DNA στο εργαστήριο καθιστά αυτή τη στιγμή την όλη διαδικασία απαγορευτικά ακριβή, υποστηρίζουν ωστόσο ότι μελλοντικά η πρόοδος της τεχνολογίας θα κάνει την προσέγγιση πιο φθηνή αποδεικνύοντας την τεράστια αξία της για την αρχειοθέτηση στοιχείων για μεγάλο διάστημα.
Δεν είναι πάντως η πρώτη φορά που το DNA χρησιμοποιείται ως αποθηκευτικό μέσο πληροφοριών. Για παράδειγμα πέρυσι ομάδα ερευνητών στις ΗΠΑ δημοσίευσε στην επιθεώρηση «Science» τα αποτελέσματα ενός παρόμοιου πειράματος στο πλαίσιο του οποίου οι ειδικοί από τη Βοστόνη αποθήκευσαν σε DNA ένα ολόκληρο βιβλίο.
Πηγη
Τα άπαντα του Σαίξπηρ θα μπορούσαν να αποθηκευτούν σε μερικά μιλιγκράμ DNA (Φωτογραφία: ΑΠΕ)
Είναι μια από τις πιο συμβολικές ομιλίες όλων των εποχών η οποία τώρα πια περνά στην... αθανασία με τον πιο ασυνήθιστο τρόπο. Ένα τμήμα της διάσημης ομιλίας «Έχω ένα όνειρο» την οποία έδωσε ο Μάρτιν Λούθερ Κινγκ το 1963 αποθηκεύθηκε γραμμένο στο «αλφάβητο» του DNA.
Σε έναν κόκκο άμμου
Ο Νικ Γκόλντμαν από το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής στο Χίνξτον της Βρετανίας και οι συνεργάτες του συνέθεσαν DNA με τρόπο ώστε να κωδικοποιούνται πληροφορίες στις τέσσερις βάσεις που αποτελούν τη διπλή του έλικα (αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη).
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν, όπως αναφέρουν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature», αυτά τα «γράμματα» του γενετικού υλικού προκειμένου να αποθηκεύσουν ακουστικό υλικό διάρκειας 26 δευτερολέπτων από τον λόγο του Μάρτιν Λούθερ Κινγκ, το σύνολο των 154 σονέτων του Σαίξπηρ, μια ψηφιακή φωτογραφία του εργαστηρίου τους, το διάσημο άρθρο με το οποίο το 1953 οι Τζέιμς Γουότσον και Φράνσις Κρικ περιέγραψαν για πρώτη φορά τη διπλή έλικα του DNA καθώς και έναν φάκελο ο οποίος περιέχει όλο το σύστημα κωδικοποίησης των πληροφοριών που χρησιμοποίησαν. Όλες αυτές οι πληροφορίες χώρεσαν σε ποσότητα DNA που δεν ήταν μεγαλύτερη από έναν κόκκο άμμου και ήταν στη συνέχεια δυνατόν να διαβαστούν με ακρίβεια της τάξεως του 100%.
Η διαδικασία
Πώς όμως γίνεται η κωδικοποίηση των πληροφοριών; Το σύστημα των ειδικών από τη Βρετανία χρησιμοποιεί τα ίδια τέσσερα «γράμματα» του γενετικού υλικού αλλά σε μια εντελώς διαφορετική «γλώσσα» από αυτή που «αντιλαμβάνεται» η... ζωή.
Προκειμένου να αντιγραφεί ένας φάκελος, όπως ένα κείμενο, τα δυαδικά ψηφία (0 και 1) τα οποία θα αντιπροσώπευαν αυτές τις πληροφορίες σε έναν σκληρό δίσκο πρέπει αρχικώς να μεταφραστούν στον κώδικα που έχει φτιάξει η ομάδα. Στη συνέχεια μια μηχανή σύνθεσης DNA παράγει την αντίστοιχη αλληλουχία.
Δεν πρόκειται όμως για ένα μόνο μακρύ μόριο αλλά για πολλαπλά αντίγραφα τμημάτων DNA - το κάθε τμήμα φέρει πληροφορίες προκειμένου να «ξέρει» πού ακριβώς πρέπει να λάβει θέση στην αλληλουχία. Το γεγονός αυτό προσφέρει αφθονία στο σύστημα: σε περίπτωση που κάποια τμήματα χαθούν, τα στοιχεία δεν θα χαθούν μαζί τους.
Παράλληλα χρησιμοποιείται ο συμβατικός εξοπλισμός των εργαστηρίων μοριακής βιολογίας που «διαβάζει» το DNA των οργανισμών, προκειμένου να διαβαστούν οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA και να μπορούν να προβάλλονται σε οθόνη υπολογιστή.
Το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης
Το DNA θεωρείται ως το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης αρχείων καθώς μπορεί να έχει διάρκεια ζωής χιλιάδων ετών, δεν απαιτεί ηλεκτρισμό για να λειτουργήσει, ενώ δεν χρειάζεται παράλληλα να συντηρείται σε ειδικές συνθήκες (‘αγαπά' πάντως να βρίσκεται σε σκοτεινά, κρύα και ξηρά σημεία). Όπως εξήγησε ο Δρ Γιούαν Μπίρνι που συμμετείχε στην ερευνητική ομάδα «εάν διατηρήσουμε το DNA σε κρύο, ξηρό και σκοτεινό μέρος διαρκεί για πολύ μεγάλο διάστημα. Αυτό το γνωρίζουμε επειδή συχνά αποκωδικοποιούμε DNA μαμούθ πολλών χιλιάδων ετών το οποίο έχει διατηρηθεί από τύχη σε τέτοιου είδους συνθήκες».
Θεωρητικώς το DNA μπορεί να κωδικοποιήσει τεράστιους όγκους δεδομένων. Σε ένα γραμμάριο του γενετικού υλικού χωρούν περίπου δύο petabytes (1 petabyte = 1.125.899.906.842.624 bytes) - το αντίστοιχο τριών εκατομμυρίων CD. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αποτελέσει μια πολύ καλή... αποθήκη για τη φύλαξη τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών όπως αυτές που παράγονται σε καθημερινή βάση στο CERN ή σε άλλα μεγάλα επιστημονικά ιδρύματα.
Απαγορευτικά ακριβή διαδικασία
Οι ερευνητές παραδέχονται βέβαια ότι το κόστος σύνθεσης του DNA στο εργαστήριο καθιστά αυτή τη στιγμή την όλη διαδικασία απαγορευτικά ακριβή, υποστηρίζουν ωστόσο ότι μελλοντικά η πρόοδος της τεχνολογίας θα κάνει την προσέγγιση πιο φθηνή αποδεικνύοντας την τεράστια αξία της για την αρχειοθέτηση στοιχείων για μεγάλο διάστημα.
Δεν είναι πάντως η πρώτη φορά που το DNA χρησιμοποιείται ως αποθηκευτικό μέσο πληροφοριών. Για παράδειγμα πέρυσι ομάδα ερευνητών στις ΗΠΑ δημοσίευσε στην επιθεώρηση «Science» τα αποτελέσματα ενός παρόμοιου πειράματος στο πλαίσιο του οποίου οι ειδικοί από τη Βοστόνη αποθήκευσαν σε DNA ένα ολόκληρο βιβλίο.
Πηγη
0 σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου