DNA序列中的每個堿基可用于表示四種可能性中的一種
來自英國Hinxton的歐洲生物信息學(xué)研究所的研究人員Nick Goldman博士和Ewan Birney博士在幾瓶啤酒之后徘徊。他們決定嘗試相反的問題而不是通常的解碼基因組信息的任務(wù):在DNA中編碼信息。伯尼博士說:
“這是科學(xué)界最好的時刻之一 - 它首先是對啤酒的想法,最后是給大自然的一封信。”
直觀地,因為有四個堿基(或“字母”)構(gòu)成DNA的字母表,DNA序列中的每個堿基可用于表示四種可能性中的一種。例如,為了表示二進(jìn)制代碼,A(腺嘌呤)可以代表00,C(胞嘧啶)可以代表01,G(鳥嘌呤)可以是10或T(胸腺嘧啶)可以代表11.然而,這種策略不會得到你Drs的錯誤率為0%。高盛和伯尼希望實現(xiàn)。
那是因為一些DNA序列比其他序列更難排序。當(dāng)DNA序列含有均聚物 - 或者相同堿基的長鏈時,如TTTTT - 可能很難確切知道該段中含有多少堿基。因此,研究人員設(shè)計了一種聰明的編碼方案,以防止任何重復(fù)相同的基礎(chǔ)。
此外,由于長消息比短消息更容易包含錯誤,因此它們將每條消息分解為片段,其中包含有關(guān)片段信息的代碼,例如片段在整個消息中占據(jù)的位置,片段中編碼信息的時間長度是和其他一些錯誤檢查代碼。這有助于研究人員過濾掉包含合成錯誤信息的片段(將信息寫入DNA)或測序(從DNA讀取信息)。
上面的漫畫中描述了對其戰(zhàn)略的更完整描述。
使用這種方法,Drs。Goldman和Birney合成了所有154首莎士比亞十四行詩的DNA版本,Watson和Crick關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的論文PDF,歐洲生物信息學(xué)研究所的照片,Martin Luther King的“我有一個夢想”演講的關(guān)鍵詞和關(guān)鍵對于霍夫曼代碼。然后以100%的準(zhǔn)確度解碼DNA樣品。然而,研究人員確實需要采取特殊方法來修復(fù)PDF文檔,其中DNA代碼包含折疊在其自身上的長而重復(fù)的序列,使得難以測序。然而,研究人員已經(jīng)有了解決這個問題的想法。
雖然這項研究是編碼DNA中信息的最成功方法,但此問題以前已經(jīng)針對各種有趣的應(yīng)用進(jìn)行了解決。例如,1999年紐約西奈山醫(yī)學(xué)院的研究人員表明,DNA可以用作間諜工具。他們通過在人體基因組DNA中隱藏一條短信“6月6日入侵:諾曼底”,并在一封書面信函的句子末尾將DNA放置在一段時間來證明這一點。
同樣在1999年,由Ars Electronica委托作為藝術(shù),Eduardo Kac編寫了圣經(jīng)創(chuàng)世記的一句話。質(zhì)粒中的一種小DNA分子,可以獨立于細(xì)菌DNA復(fù)制并在細(xì)菌之間交換。它還含有熒光蛋白的序列。將該質(zhì)粒插入細(xì)菌大腸桿菌中,熒光用于追蹤信息,因為它從一個細(xì)菌復(fù)制或傳遞到另一個細(xì)菌。
就在去年八月,哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授喬治·丘奇博士使用DNA微芯片編寫了他的新書“ 再生:合成生物學(xué)如何重塑自然和我們自己”。據(jù)“ 科學(xué)日報”報道,Church博士曾考慮在每份印刷版中加入該書的DNA副本,但由于未經(jīng)探索的安全問題而決定反對。例如,雖然短DNA片段本身不太可能有害,但它們可被環(huán)境中的微生物吸收,這些結(jié)果可能是不可預(yù)測的。此外,看似無害的計算機(jī)代碼可能代表人類病毒,或者看似無害的DNA代碼可能代表計算機(jī)病毒。事實上,研究人員能夠用DNA編碼間諜軟件程序來證明這種可能性。
回到我們的基因組月度進(jìn)展,Drs。Goldman和Birney計算出,使用這種方法,美國國家檔案館的整個集合(100TB數(shù)據(jù))可以用0.05克DNA編碼,這不到一分錢質(zhì)量的1/50。然而,這并不意味著書店將在試管中銷售整個庫。雖然DNA是穩(wěn)定的并且需要很少的維護(hù)(畢竟,我們能夠?qū)ρ蛎歪锵蠡蚪M進(jìn)行測序),向DNA寫入信息和從DNA讀取信息仍然比寫入,讀取和維護(hù)磁帶要昂貴得多。所以,Drs。Goldman和Birney估計,只有當(dāng)數(shù)據(jù)在600到5000年內(nèi)無法訪問時,才能將數(shù)據(jù)存儲在DNA中更具成本效益。然而,
博士。Goldman和Birney設(shè)想他們的研究是有用的,主要用于檔案目的。雖然合成DNA的成本仍然很高,但兩者已經(jīng)在密謀將世界放在一個“字符串”上(計算機(jī)編程中使用的術(shù)語是指同一字母表中的一系列符號,在這種情況下將是DNA創(chuàng)建的通過創(chuàng)建一個用于存檔世界數(shù)據(jù)的DNA時間膠囊,通過由四個堿基A,C,G和T組成的字母表。
他們現(xiàn)在所需要的只是為項目提供資金的無私的億萬富翁。
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