Учёные сохранили весь геном человека на пятимерном кристалле, способном хранить до 360 терабайт цифровой информации и созданном для сохранности на протяжении миллиардов лет. Эта технология может быть использована для создания долговечного архива геномов людей, животных и растений.
Некоторые могут вспомнить «пластинки «Пионера» — пару позолоченных металлических пластин, размещённых на борту космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11», запущенных в начале 1970-х годов. Детище американского астронома Карла Сагана, эти пластины были выгравированы с визуальным посланием — включая изображения обнажённых мужчины и женщины и схему нашей Солнечной системы — на случай, если один из аппаратов встретит разумную внеземную жизнь во время своего путешествия.
Теперь исследователи из Саутгемптонского университета в Великобритании создали версию пластин «Пионера» 21-го века, используя 5D-кристалл памяти, который хранит огромные объёмы информации в течение миллиардов лет без деградации. Они сохранили на нём полный геном человека.
«Мы знаем из работ других учёных, что генетический материал простых организмов может быть синтезирован и использован в существующей клетке для создания жизнеспособного живого образца в лаборатории», — сказал профессор Питер Казанский, руководивший группой учёных университета. «5D-кристалл памяти открывает возможности для других исследователей создать вечное хранилище геномной информации, из которого сложные организмы, такие как растения и животные, могут быть восстановлены, если наука в будущем это позволит».
Кристалл был разработан Центром оптоэлектронных исследований (ORC) Саутгемптонского университета с использованием наноструктурированного стекла. Его иногда называют «кристаллом Супермена», что отсылает к фильму «Супермен» 1978 года, в котором кристалл памяти содержал ИИ-версию Джор-Эла, биологического отца супергероя.
Для точной записи данных в самоорганизующиеся наноструктурированные пустоты внутри кварцевого стекла используются сверхбыстрые (фемтосекундные) лазеры. Но, в отличие от 2D-поверхностей, таких как бумага или магнитная лента, этот метод кодирования использует два оптических измерения и три пространственные координаты для записи по всему материалу, достигая кодирования в пяти измерениях. 5D-кристалл может хранить до 360 терабайт (ТБ) информации в течение миллиардов лет, оставаясь стабильным даже при замораживании и температурах до 1000 °C.
Чтобы проверить потенциал кристалла для использования в качестве хранилища важной генетической информации, исследователи записали в него полный геном человека. Каждая из примерно трёх миллиардов букв, составляющих геном, была секвенирована 150 раз, чтобы убедиться, что она находится в правильном положении.
На кристалле также был записан ключ, чтобы любой разум, который обнаружит его в будущем — человеческий, машинный или инопланетный — знал, как использовать содержащуюся в нём информацию. Ключ показывает универсальные элементы (водород, кислород, углерод и азот), четыре основания молекулы ДНК (аденин, цитозин, гуанин и тимин) с их молекулярной структурой, их расположение в двойной спирали ДНК и как гены расположены на хромосоме.
«Визуальный ключ, записанный на кристалле, даёт нашедшему знание о том, какие данные хранятся внутри и как их можно использовать», — сказал Казанский.
Кристалл, содержащий геном, в настоящее время надёжно хранится. Он находится в капсуле времени в древней австрийской соляной пещере под наблюдением архива «Память человечества» (Memory of Mankind).
У нас ещё нет технологии синтетического создания людей из их ДНК-строительных блоков, но с учётом текущих достижений, кто знает, что принесёт будущее?
Это достижение представляет собой значительный шаг вперёд в области долгосрочного хранения данных и потенциально может иметь далеко идущие последствия для сохранения генетической информации. Возможность хранить огромные объёмы данных в течение миллиардов лет открывает новые горизонты для архивирования и защиты важнейшей информации человечества.
Ещё по теме: