Izdrukātā trusī iestrādā DNS, padarot to 'klonējamu'
Foto: Julian Koch

Ar 3D printeri drukāts trusītis – it kā nekas īpašs. Šobrīd 3D drukas tehnoloģijas ir attīstījušās tik tālu, ka ļauj ar augstu precizitāti drukāt pat ļoti smalkas un visai sarežģītas detaļas. Taču šim trusim ir kāda īpašība, kas to atšķir no pilnīgi jebkura cita ar 3D printeri radīta objekta. Proti, trusī iestrādāta DNS informācija, kas ļauj šo objektu "klonēt", kā instrukciju izmantojot jebkuru no oriģinālā truša (vai vēlāk arī tā kloniem) paņemtu fragmentu.

close-ad
Saturs turpināsies pēc reklāmas
Reklāma

Ietilpīga datu krātuve


DNS jeb dezoksiribonukleīnskābe ir ģenētiskais materiāls, kas glabā informāciju par noteiktu aminoskābju secību olbaltumvielu molekulās. Vienkāršoti runājot – DNS ir veids, kā daba uzglabā informāciju, tā atrodas šūnas kodolā un satur ģenētisko "kodu" ar instrukcijām, gluži kā datorprogrammu kods satur instrukcijas par to, ko konkrētā brīdī un kādā veidā darīt datoram.
Tā kā fundamentāli DNS ir kods, pētnieki attapušies, ka tādā veidā varētu uzglabāt arī cita veida informāciju.

"Ja būtu jāsaglabā vēstījums tālas nākotnes paaudzēm, "Blu-Ray" diski un USB zibatmiņa nebūtu prātīga izvēle," raksta vietne "New Scientist", norādot, ka DNS ir vislabākā šobrīd zināmā "laika kapsula". Tas pierādījies arī praksē – ārkārtīgi daudz par seniem dzīvniekiem, augiem, cilvēku priekštečiem esam uzzinājuši, sekvencējot salīdzinoši labi saglabājušos un tūkstošgadēm vecus genomus.

Teorētiski viens DNS grams varētu saturēt pat 455 eksabaitus informācijas (vienā eksabaitā ir aptuveni 1000 petabaiti, bet viena petabaita informācijas uzglabāšanai būtu nepieciešams pusotrs miljons kompaktdisku). "New Scientist"

Tiesa, uzglabāšanas apstākļiem, lai nezaudētu informāciju, jābūt īpaši piemērotiem un labvēlīgiem. "Ja to vienkārši atstāj "mētājamies", informācija tiek zaudēta," uzsver Šveices Federālā tehnoloģiju institūta Cīrihē pētnieks Roberts Grass. Viņš ar kolēģiem strādā pie metodēm, kā paildzināt DNS veidā uzglabātas informācijas mūžu. Eksperti ņēma paraugu no fosilijām – DNS labāk saglabājās vidē, kur nav mitruma, tāpēc Grasa komanda informāciju iekapsulēja ārkārtīgi miniatūrās silīcija dioksīda sfērās.

Lai pārbaudītu, kā šī metode strādā, Grass ar kolēģiem DNS iekodēja divus tekstus – Šveices 1291. gada Federālo hartu un Arhimēda rakstu 10. gadsimtā pārrakstīto versiju –, kopā 83 kilobaitus datu 4991 DNS segmentos, kur katrā ir 158 nukleotīdu gara virkne. Pēc tam šī informācija tika uzglabāta dažādos apstākļos, tostarp nedēļu arī 70 grādu pēc Celsija karstumā. Pētnieki norāda, ka šāda termālā ietekme ir analoga datu uzglabāšanai Centrāleiropas klimatā aptuveni 2000 gadus. Pēc eksperimenta bija iespējams bez kļūdām un iztrūkumiem nolasīt oriģināli iekodēto informāciju.

Vairākas "klonēto" trušu paaudzes

Kādu dienu Grasam uzrakstīja Janivs Erlihs no DNS bankas "Erlich Lab" un piedāvāja iestrādāt DNS "taustāmā objektā" – 3D drukātā trusī. Starp citu, minētais trusis ir visai ikonisks un tā pirmssākumi datējami ar 1993. gadu, kad Stenforda Universitātē, izmantojot tajā laikā pieejamos lāzerskenerus un mūsdienu standartiem ļoti primitīvu attēlu apstrādes programmatūru, tika noskenēta māla truša figūriņa un ģenerēta figūras datorgrafikas versija.

Stenforda trusis bija viena no pirmajām telpiska objekta digitālajām reprezentācijām un kopš tā laika to bieži kā eksperimentu un mācību objektu izmanto grafiskie dizaineri.

DNS molekula sastāv no četriem nukleotīdu veidiem, bet katrs nukleotīds satur ogļhidrādu dezoksiribozi, fosforskābi un slāpekļa bāzi (adenīnu, guanīnu, citozīnu un timīnu). Izmantojot šīs četras slāpekļa bāzes, Erlihs un Grass izveidoja truša "ģenētisko" kodu. 45 kilobaiti datu tika sintizēti DNS veidā, iekapsulēti, iestrādāti 3D drukas izejmateriālā un attiecīgi arī izdrukātajā figūriņā.

Rezultāts – paņemot jebkuru fragmentu no truša figūriņas, nolasot DNS informāciju un pārkonvertējot to atpakaļ 3D printerim saprotamās instrukcijās, tas spēj izdrukāt identisku figūriņu, un tā vairākas reizes. Kopumā tika izdrukātas piecas trušu "paaudzes", visas bez informācijas zudumiem. Pētnieki vienu no figūriņām uzglabāja arī deviņus mēnešus, un arī pēc šī laika informācija bija sekmīgi nolasāma un trusis – "klonējams" ar 3D printeri.

"Šie ir paši pirmie soļi vienā no perspektīvākajiem DNS datu uzglabāšanas pielietojumiem," Grasa un Erliha darbu tehnoloģiju vietnei "Wired" komentējis šajā pētījumā neiesaistītais bioķīmiķis Srirams Kosuri no Kalifornijas Universitātes Losandželosā.

Arī Hārvarda Universitātes ģenētiķis Džordžs Čērčs uzskata, ka šis eksperiments ir ar milzīgu potenciālu nākotnē. Pagaidām informācijas konvertēšana DNS vēl ir visai dārgs prieks, bet nākotnē, tehnoloģijām kļūstot lētākām, pavērtos plašas iespējas, piemēram, ražošanā, kur dažādas instrukcijas šādā veidā varētu tikt uzglabātas nevis atsevišķās datubāzēs bet lokālo – pašos objektos.

Ja esi ISIC vai ITIC kartes īpašnieks, iegādājies "Delfi Abonementu" par īpašu cenu – 1 eiro uz 4 nedēļām. Vairāk par piedāvājumu uzzini šeit.

Tags

DNS Tehnoloģijas Zinātne

Comment Form