Гифки и так преследуют нас повсюду. А теперь они есть даже в бактериальной ДНК. Добавление данных в ДНК — идея не новая: в прошлом году компания Microsoft встроила в синтетическую ДНК музыкальный клип рок-группы OK Go, «Войну и мир» Льва Толстого и Декларацию Прав Человека. Фрагмент ДНК «размером меньше кончика карандаша» оказался весьма впечатляющим хранилищем 200 мегабайт информации.
Теперь учёные из Гарвардского университета (Harvard University) использовали технологию CRISPR/Cas, чтобы встроить пятикадровый gif с изображением скачущей лошади и картинку человеческой руки в ДНК живой бактерии E. Coli. Результаты исследования были опубликованы в издании Nature.
Конечно, на этот раз объём данных был гораздо меньше 200 мегабайт. Например, размер анимированного gif составил всего 36х26 пикселей. Занял этот рисунок 2,6 килобайта. Изображение руки было представлено четырёхцветной картинкой размером 56 на 56 пикселей, весившей 705 байт. Но дело не в объёме «прошитых» в ДНК данных, гораздо важнее то, что они были встроены в геном живой бактерии, а не в синтетическую ДНК.
Чтобы закодировать информацию, исследователи сначала превратили отдельные пиксели в нуклеотиды, а затем применили CRISPR/Cas. Процесс «превращения» гифки с бегущей лошадью (одного из прототипов современных анимационных фильмов) в ДНК занял пять дней.
«Информация содержится не в одной бактерии, а в нескольких бактериальных клетках. Поэтому нам нужно было реконструировать весь фильм из отдельных кусочков, — рассказывает соавтор работы Сет Шипман (Seth Shipman). — При этом одна клетка может нести несколько пикселей из первого фрейма и несколько — из четвёртого. В процессе работы мы спрашивали себя: сможем ли мы воссоздать ролик?»
Ответ оказался положительным. Группа учёных секвенировала ДНК бактерии и успешно реконструировала оба «файла» с 90% точностью. Как можно увидеть в ролике, качество воссозданной гифки несколько хуже оригинальной, однако это то самое изображение.
В новой работе есть практический смысл, именно поэтому исследовательские организации (и высокотехнологичные компании вроде Microsoft) стали рассматривать ДНК как альтернативу привычным хранилищам информации. ДНК живых существ отлично подходит для этой цели, поскольку она может сохраняться тысячелетиями, а некоторые бактерии способны выживать в экстремальных условиях, включая ядерные взрывы и высокие температуры. Таким образом, эти микроорганизмы могут послужить «живым щитом» для защиты данных.
Однако встроить информацию в «живую» ДНК сложнее, чем в синтетическую, ведь клетки двигаются, делятся и время от времени погибают. Из-за этого можно потерять значительный процент данных. Кроме того, синтетическая ДНК вмещает сравнительно большие объёмы информации, поэтому, возможно, именно она в будущем ляжет в основу банков данных нового формата.
