Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2013 № 05

Исследователи подвигались шаг за шагом. Например, в 1986 году «механизм» полимеразной цепной реакции был существенно улучшен, поскольку удалось использовать ДНК-полимеразы из бактерий, не боящихся высоких температур, при которых идут некоторые реакции.

Правда, при этом выяснилось, что одна из первых термостабильных ДНК-полимераз, которая была выделена из бактерий Thermus aquaticus , оказалась склонна к ошибкам в правописании ДНК-слов. Так что пришлось еще придумывать, как обнаруживать и исправлять ошибки…

За прошедшие десятилетия биохимики немало потрудились, совершенствуя методики и аппаратуру для работы с ДНК-молекулами. Сегодня они уже умеют считывать последовательности белков без специальных реагентов. Для этого цепочку ДНК затягивают с помощью электрического поля в нанопору — «пещеру» с лазом около 1 нм в диаметре. И пока фрагмент ДНК пробирается через пещеру, чувствительный вольтметр фиксирует изменение напряжения, а по «электрическому портрету» ученые способны описать молекулярную структуру цепи.

Итак, сотрудники Европейского института биоинформатики, о которых сказано в начале статьи, научились синтезировать «слова-фрагменты» ДНК и практически безошибочно эти слова прочитывать. Они синтезировали пять файлов, содержащих полное собрание сонетов Шекспира в формате ASCII, статью первооткрывателей структуры ДНК Джеймса Уотсона и Френсиса Крика «Молекулярная структура нуклеиновых кислот» в формате PDF, цветное фото здания их лаборатории, 26-секундный МРЗ-файл с фрагментом речи Мартина Лютера Кинга «У меня есть мечта», а также файл с так называемым алгоритмом Хаффмана, который использовался для конвертации бинарных файлов в вид, удобный для представления данных через последовательность азотистых оснований ДНК. При этом общий объем полезных данных, записанных и считанных с ДНК, составил 5,2 мегабита.

Исходную информацию переслали коллегам в США.

Американские биотехнологи, использовав приложенную инструкцию, синтезировали несколько сотен тысяч нужных фрагментов ДНК, высушили их в вакууме и выслали получившуюся щепотку пыли в запаянной ампуле обратно в Англию. Там «запись» воспроизвели и убедились, что она читается почти со стопроцентной точностью.

Всего для записи информации было использовано 153 335 синтезированных коротких цепочек ДНК по 117 нуклеотидов (117 битов) каждая. Данные кодировались в четырех блоках по 25 нуклеотидов. В оставшихся 17 нуклеотидах (17 бит) были записаны адресные метки, необходимые для сборки данных в файловый массив.

Кодирование происходило в три этапа. Двоичный код, в котором были представлены данные, сначала конвертировали на компьютере в троичный. Далее 8-битные блоки данных представлялись в виде последовательности из пяти троичных чисел, или тритов (0, 1, 2). После этого триты конвертировались в код из трех нуклеотидов. Троичная кодировка позволяла не только сжать данные, но и уменьшить вероятность ошибок при последующем считывании ДНК и реконструкции двоичного массива.

Как уже сказано, любая ДНК представляет собой полимерную молекулу, в состав которой входят четыре нуклеотида (аденин, гуанин, тимин и цитозин — А, Г, Т, Ц). Для конвертации троичного кода достаточно трех, поэтому в каждом последующем троичном блоке основания можно было комбинировать по-разному, ведь один из четырех нуклеотидов в них мог отсутствовать. Это гарантировало, что при синтезе ДНК два одинаковых нуклеотида не пришлось бы стыковать в одну полимерную цепочку, что снижало вероятность ошибок при последующей реконструкции данных.

Справедливости ради отметим, что команда исследователей, описавшая технологию производства своей ДНК-памяти в журнале Nature , не единственная в своем роде. Группа Джорджа Чёрча из Гарварда сообщила в журнале Science , что ей тоже удалось записать и считать с синтезированного массива коротких одноцепочечных ДНК несколько файлов, притом такого же объема — 5,2 мегабита.

Единственное существенное отличие в технологиях двух групп заключается в схеме кодирования двоичного потока в последовательность нуклеотидов. Так, группа Чёрча использовала простую схема конвертации, приняв пару разных оснований (например, АГ и ТЦ) за условные «ноль» и «единицу», а команда Сенчера использовала более сложный троичный алгоритм.

РАНЬШЕ БЫЛО ТЕПЛЕЕ.В древней Антарктиде было значительно теплее, чем ныне. На шестом континенте даже росли деревья. К такому выводу пришла группа американских ученых из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадине, а также Университетов Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе и штата Луизиана в Батон-Руже.

В своей работе ученые использовали радиоуглеродный анализ остатков растений, обнаруженных на шельфе Антарктиды под морем Росса, и методы компьютерного моделирования. Согласно выводу специалистов, 15–20 млн. лет тому назад средняя летняя температура на побережье Антарктиды была на 11 градусов Цельсия выше, чем в наши дни, и достигала 7 градусов тепла. Пик «озеленения» Антарктиды якобы пришелся на период, лежащий между 16,4 млн. и 15,7 млн. лет тому назад.

По словам руководителя проекта, сотрудницы Университета Южной Калифорнии Сары Фикинс, «конечная цель исследования заключалась в том, чтобы лучше понять, к чему может привести изменение климата в будущем», если глобальное потепление все же состоится.

КОВАРНЫЙ ШИМПАНЗЕ. Шимпанзе Сантино, живущему в Стокгольмском зоопарке, очень надоели пристающие к нему посетители. И он стал отгонять их комьями грязи и камнями. А когда местные мальчишки, больше всего досаждавшие обезьяне, стали дразнить его и убегать, как только он принимался искать, чем бы в них швырнуть, Сантино придумал военную хитрость. Он стал заранее собирать по территории вольера подходящие камни и прятать их так, чтобы в случае необходимости с десяток «боеприпасов» всегда был у него под рукой.

Говорят, обидчики с тех нор заметно присмирели, и жизнь у шимпанзе стала спокойнее.

ВТОРОЕ РОЖДЕНИЕ БУРАТИНО.Папа Карло выстругал Буратино из волшебного полена. Но это было давным-давно. Если бы он занялся таким «производством» сегодня, оно могло бы выглядеть совершенно иначе.

Французский инженер Жереми Франсуа обнаружил, что волокна нового материала, называемого Laywood-D3 , обладают очень необычными свойствами. Он сообщил, что они выглядят, «как нечто среднее между картоном и упругой древесноволокнистой плитой.