Нетфликс, Германия, сотрудничая с Twist Bioscience и профессором Робертом Грассом из университета ETH, Zurich, записали первую серию научного триллера «Биохакеры» в ДНК, к счастью, синтетическую, что, впрочем, звучит не менее жутковато.Немецкий научный триллер Netflix «Биохакеры» рассказывает о студентке-медике Миа Акерлунд из Университета Фрайбурга, которая не только получает ученую степень, но и расследует темные секреты звездного преподавателя университета профессора Тани Лоренц и взаимосвязь Тани Лоренц со смертью брата и родителей Мии Акерлунд.
Сериал раскрывает темы синтетической биологии, генной инженерии и последствий, если эти инструменты попадут «не в те руки». Чтобы продемонстрировать возможности так называемого биохакинга и проиллюстрировать, что некоторые концепции в сериале - это больше, чем просто научная фантастика, Netflix заключил партнерское соглашение с профессором из ETH, Zurich доктором Робертом Грассом, чтобы сохранить первый эпизод Биохакеров в синтетической ДНК.
«Биохакеры» - это первый сериал Netflix с хранящейся в ДНК оригинальной первой серией.В своем заявлении генеральный директор и соучредитель Twist Эмили Лепруст сказала: «Замечательно обосновать вымышленный сериал, который расширяет границы возможного с ДНК сегодня, с реальностью сохранения революционных культурных медиа в синтетической ДНК. Возможность хранить цифровые данные в ДНК кажется футуристической, но будущее уже наступило».
Зачем хранить сериал в ДНК?Этот акт сохранения Биохакеров в синтетической ДНК - больше, чем просто рекламный ход. Хранение видео, а также другой информации, таких как документы и музыка, в ДНК дает реальные преимущества.Лепруст отмечает: «ДНК - это невероятная молекула, которая по самой своей природе обеспечивает сверхвысокую плотность хранения в течение тысяч лет». Грасс согласен с тем, что емкость ДНК «на много порядков выше, чем у любой другой среды». «Теоретически в грамм ДНК можно упаковать 200 эксабайт данных - это 200 миллионов терабайт», - говорит он. «Теоретически 20 граммов ДНК было бы достаточно для хранения всех цифровых данных мира», - отмечает Лепруст.Кроме того, ДНК невероятно стабильна в качестве носителя информации. «Другие носители, которые у нас есть, жесткие диски и SD-карты, стабильны только от пяти до 20 лет», - отмечает Грасс. «Но у нас есть древние ископаемые летописи, которым много лет, и они все еще содержат исходную информацию в природной ДНК». Следовательно, «если вы хотите сохранить вещи на будущее и обеспечить их выживание, ДНК - действительно хороший способ для этого», - заключает Грасс.
В поисках способов постоянного хранения данных исследователи ETH Zurich вдохновлялись окаменелостями. Они инкапсулировали несущие информацию сегменты ДНК в кремнезем (стекло) и использовали алгоритм для исправления ошибок в данных.
Впервые исследователи продемонстрировали, что данные можно сохранять и перечитывать в форме ДНК в 2012. Тогда они сообщили, что период времени между «записью» информации - синтезом соответствующей кодирующей последовательности ДНК - и считыванием или секвенированием данных был очень коротким. Но даже короткий период времени представляет проблему с точки зрения погрешности, поскольку ошибки возникают при записи и чтении ДНК. В долгосрочной перспективе ДНК может значительно измениться, поскольку она химически реагирует с окружающей средой, что создает препятствие для длительного хранения.
Однако генетический материал, обнаруженный в окаменелых костях, возрастом несколько сотен тысяч лет, можно выделить и проанализировать, поскольку он был инкапсулирован и защищен. «Подобно этим костям, мы хотели защитить несущую информацию ДНК с помощью синтетической «ископаемой оболочки», - объяснял Грасс. Для этого команда Роберта Грасса, ETH Zurich заключила ДНК в сферы из кремнезема диаметром примерно 150 нанометров. Исследователи зашифровали Швейцарскую федеральную хартию 1291 года и Методы механических теорем Архимеда в ДНК. Чтобы смоделировать деградацию ДНК, несущей информацию, в течение длительного периода времени, исследователи хранили ее при температуре от 60 до 70 градусов Цельсия в течение месяца. Такие высокие температуры воспроизводят химическое разложение, которое происходит в течение сотен лет в течение нескольких недель.
Таким образом, исследователи могли сравнить хранение ДНК в оболочке из кварцевого стекла с другими распространенными методами хранения: на пропитанной фильтровальной бумаге и в биополимере. ДНК, заключенная в стеклянную оболочку, оказалась особенно прочной. С помощью раствора фторида его можно легко отделить от кварцевого стекла, и информация будет считана с него. Поскольку инкапсуляция в диоксиде кремния примерно сравнима с инкапсуляцией в окаменелых костях, исследователи могли использовать доисторическую информацию о долгосрочной стабильности инкапсулированной ДНК и на ее основе рассчитывать прогноз: путем хранения при низких температурах, например, найденных на Свальбарде. В Seed Vault, хранящемся при температуре минус 18 градусов Цельсия, закодированная ДНК информация может сохраняться более миллиона лет. Напротив, данные, спроецированные на микрофильмы, могут сохраняться только приблизительно 500 лет.
Тем не менее недостаточно просто хранить информацию в течение длительного времени без значительного ущерба; данные также должны быть доступны для чтения без ошибок. Благодаря значительным технологическим достижениям в области секвенирования ДНК считывание хранимых данных стало доступным и станет еще более экономичным в будущем. Однако эти технологии не безошибочны.Чтобы решить эту проблему, Райнхард Хекель из лаборатории коммуникационных технологий ETH Zurich и Роберт Грасс разработали схему исправления этих ошибок на основе ключей - кодов Рида-Соломона, аналогичных тем, которые используются при передаче данных на большие расстояния; например, радиосвязь с космическими кораблями. Ключ - это дополнительная информация, прикрепленная к фактическим данным, - объясняет Хекель. «Чтобы определить параболу, вам нужно всего три точки. Мы добавили еще два на случай, если один потеряется или будет перемещен ». Данные, закодированные с помощью ДНК, действительно более сложны, но, в принципе, «резервная копия» безопасности, зашифрованная с помощью ДНК, работает аналогичным образом. Даже при хранении в неблагоприятных условиях информация, сохраненная для теста - Федеральная хартия Швейцарии и текст Архимеда - могла быть извлечена без ошибок.
Итак, будущее не просто рядом, оно уже тут. Наука разработала технологию записи и хранения данных в синтетических ДНК. И похоже совсем скоро этот способ может стать будущим хранения данных в больших масштабах. Кстати, первопроходцами из шоу-бизнеса в освоении методики хранения и записи данных в синтетической ДНК были музыкальная группа Massive Attack. В 2018 году они записали в том же университете свой альбом Mezzanine, используя синтетический ДНК носитель.