"ДНК вещей" позволит хранить любую информацию в повседневных предметах

Изображение полигональной модели стэнфордского кролика с несколькими уровнями детализации обычно используется для тестирования алгоритмов компьютерной графики.

Иллюстрация Trevorgoodchild/Wikimedia Commons.

3D-модель кролика, содержащая синтетическую ДНК с подробными данными об объекте.

Фото ETH Zurich/Julian Koch.

Все живые существа содержат "инструкции по сборке и эксплуатации" копий себя в своей ДНК. Совсем иначе дела обстоят с неодушевлёнными предметами.

Например, для их производства методами 3D-печати нужен определённый набор данных. При необходимости повторной печати вновь потребуется доступ к исходной цифровой информации, ведь объект не содержит инструкций по воспроизводству самого себя.

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха совместно с американскими коллегами решили исправить эту ситуацию и разработали необычный метод хранения обширных данных на практически любом объекте.

Предложенная технология позволяет встраивать в предметы искусственную ДНК, содержащую инструкции по их 3D-печати. Таким образом, спустя десятилетия и даже столетия возможно будет в точности воспроизвести необходимую вещь, получив всю нужную информацию от самого объекта.

Отметим, что это не первые изыскания швейцарских учёных в области применения синтетической ДНК для хранения данных. Несколько лет назад "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали, как они продемонстрировали возможность сохранять поистине огромные объёмы информации на ДНК-носителях.

В своём новом эксперименте инженеры напечатали на 3D-принтере так называемого стэнфордского кролика и заключили в нём схемы для последующей печати его же самого.

Поясним, что стэнфордским кроликом называют полигональную модель, созданную в Стэнфордском университете в 1994 году. Она содержит информацию о 69451 треугольнике, которые при 3D-сканировании составляют фигурку кролика, и используется для тестирования алгоритмов компьютерной графики.

На первом этапе работы "чертежи" 3D-фигурки (а это объём данных в 45 килобайт) были записаны в синтетической ДНК. Как и в живой природе молекула состояла из четырёх азотистых оснований: аденина, цитозина, тимина и гуанина.

Затем учёные упаковали молекулы искусственной ДНК в крошечные стеклянные шарики нанометрового размера и смешали их с полимерным материалом, из которого собственно и был напечатан 3D-кролик.

Фото 2

Затем специалисты должны были выяснить, помогут ли инструкции, сохранённые в искусственной ДНК, воспроизвести идентичных кролику "потомков".

Для этого с помощью особых химических соединений учёные выделили и очистили синтетический "генетический материал", взятый из небольшого участка стэнфордской модели.

Используя записанную в ней информацию, химики и информатики не просто в точности воссоздали трёхмерного кролика. Они повторили этот процесс пять раз, по сути, напечатав "пра-пра-пра-внука" оригинальной фигурки, при этом полностью сохранив весь объём передаваемой информации.

"Мы рассчитываем, что данные будут храниться на протяжении десятилетий, если не больше. Согласно нашим вычислениям, копировать кролика без потери данных возможно более квадриллиона раз" – объясняет один из ведущих исследователей проекта Янив Эрлих (Yaniv Erlich) в материалах сайта labiotech.eu.

Результаты работы международной команды учёных, опубликованные в издании Nature Biotechnology, поистине воплощают научно-фантастическую идею самовоспроизводящихся машин.

Разработанная модель хранения информации в ДНК подарит множество новых возможностей, уверены авторы исследования. Автономная техника, несущая данные о самой себе, найдёт применение в самых разных сферах от космических путешествий до геоинженерии, не говоря уже о захватывающих перспективах хранения секретных данных в самых обычных предметах.

Кстати, в ходе своих экспериментов учёные проверили эту концепцию, закодировав видеофайл в синтетическую ДНК и встроив её в оправу обычных очков.

Правда, до наступления эпохи "живых машин" ещё очень далеко. Создание подобных стэнфордскому кролику моделей — это сложный многоэтапный технологический процесс, пока невозможный без участия человека.

Однако учёные уверены, что "ДНК вещей" станет надёжным хранилищем любой информации о любом повседневном предмете.

"Задумайтесь о пуговицах своей рубашки. Теперь в них возможно хранить фотографии. Ваши очки? Запишите в них электронные медицинские данные. Посмотрите на стену. Её можно покрыть краской, содержащей чертежи вашего дома", – приводит примеры Эрлих, которые в не таком уж далёком будущем могут стать обыденностью.

Основная проблема, которая не позволяет осуществить такие сценарии прямо сейчас: хранение данных, записанных в искусственной ДНК, в настоящее время крайне дорогостоящее. Но и это препятствие, как считают авторы работы, устранится с появлением более дешевых технологий синтеза искусственных молекул, уже разрабатываемых рядом компаний.

"Вести.Наука" ранее рассказывали о том, как живую клетку впервые создали из "внеземных" единиц ДНК, о том, как компьютер впервые сгенерировал искусственный геном для живого организма (к слову, эта работа также велась специалистами США и Швейцарии), о том, как ферменты заставили эволюционировать искусственные ДНК, а полусинтетическая бактерия создала совершенно новый белок.