Tiede|Geenitekniikka
Tutkijat onnistuivat koodaamaan geenisaksien avulla bakteerin dna:han lyhyen viestin – ”Dna-tallennus etenee nyt kovaa vauhtia”
Bakteerin perimä olisi suhteellisen vakaa paikka datan säilömiseen. Se ei ole kuitenkaan niin varma kuin digitaaliset muistit.
Escherichia coli -bakteeri elektronimikroskoopin kuvassa. Suolistossa majaansa pitävä kolibakteeri lienee tutkituin ja tunnetuin bakteeri.KUVA: WIKIPEDIA
Timo Paukku HS
2:00 | Päivitetty 10:25
BAKTEERIN perimää eli sen solun dna:ta on muokattu niin, että siihen voi tallentaa dataa nollina ja ykkösinä, siis digitaalisesti.
Temppu onnistui geenisaksien avulla eli niin sanotulla crispr-tekniikalla. Sen avulla on jo vuosia osattu muuttaa solujen perimänauhan rakennetta kätevästi.
Dataa voisi joskus tallentaa enemmänkin solun sisään nollien ja ykkösten muodossa.
Elävä bakteeri tai solu voisi tarjota hyvän ja erittäin tiiviin paikan säilöä dataa. Nyt dataa ja muisteja on esimerkiksi kiintolevyillä ja isossa mitassa esimerkiksi datakeskuksissa.
ELÄMÄN ohjeet ovat kaikissa soluissa kaksoiskierteisessä muodossa dna-molekyylinä.
Dna koostuu neljästä emäksestä, jotka ovat adeniini (A), sytosiini (C), tymiini (T) ja guaniini (G).
Ne asettuvat bakteerien ja tavallisten solujen dna:ssa ensin pareiksi ja sitten jonoon eri järjestyksissä. Näistä jonoista muodostuu erilaisia geenejä ja eliön perimä. Ketju on suhteellisen vakaa.
Tätä dna-nauhaa voi käyttää myös muun datan tallennukseen. Dna:n jaksoja voi nykyään tehdä keinotekoisesti laboratoriossa. Niitä voi sitten tallentaa soluihin.
GEENITUTKIJA ja systeemibiologi
Harris Wang Columbian yliopistosta New Yorkissa käytti tallennuksessa geenisaksien tekniikkaa ryhmänsä kanssa uudella tavalla.
Ensiksi Wang osoitti, että dna:n jaksoja voi järjestää eri tavoin siten, että ne vastaavat aakkosten eri kirjaimia. Eri aakkoset koodattiin ensin nollien ja ykkösten yhdistelmiksi.
Juuri nollilla ja ykkösillä laskee valtaosa maailman kaikista tietokoneista. Aiemmassa ja muualla tehdyissä kokeissa perimän emäs A sai esimerkiksi koodin 00, C oli 10, G sai arvon 01 ja T arvon 11.
Tutkijat pystyivät crisprin avulla koodaamaan Escherichia coli -bakteerin dna:han tervehdyksen, jossa oli 12 tavun pituinen tekstiviesti. Yhdessä tavussa on kahdeksan bittiä eli 0/1-tilaa.
Viesti kuului ”hello world” eli suomeksi ”hei maailma”. Tämä on monesti se alkutervehdys, jonka ihminen tuottaa tietokoneen ruudulle, kun hän opettelee uutta ohjelmointikieltä.
”Dna-tallennus etenee nyt kovaa vauhtia.”
TALLENNETUN viestin saattoi purkaa ja koodata uuttamalla bakteerin dna:ta. Uuttamisessa dna:ta erotellaan osiksi liuotteen avulla.
Datan tallennusta on tehty
dna:han ennenkin 2010-luvulla. Sama tervehdys on ujutettu aiemmin esimerkiksi tupakkakasvin dna:han. Nyt työ kuitenkin oli helpompaa.
”Dna-tallennus etenee nyt kovaa vauhtia. Tämä työ on hieno esimerkki siitä”, kommentoi geneetikko
George Church Harvardin yliopistosta
New Scientist -lehdessä. Hän ei ollut mukana Wangin ryhmässä.
Geenisakset on melko uusi geenien editoinnin menetelmä, jonka
tieteellinen nimi on crispr-cas9. Geenisaksilla voi helposti ja tarkasti lisätä ja poistaa dna-jaksoja.
Sen kehittäjät
Jennifer Doudna ja
Emmanulle Charpentier saivat menetelmästä
kemian Nobelin palkinnon vuonna 2020. He kuvailevat menetelmää
geenien työkalupakiksi tai Sveitsin armeijan linkkuveitseksi.
WANG uskoo, että elävä solu voisi olla vakaa paikka varastoida dataa enemmänkin. Yleensä tavallinen data varastoidaan pieniin
digitaalisiin muisteihin. Näitä ovat esimerkiksi kiintolevyt.
Jos dna joutuu solujen ulkopuolelle, se hajoaa helpommin. Bakteerit voivat kuitenkin säilyä hyvinkin ankarissa oloissa, kuten kuumissa lähteissä.
DNA on bakteerissa tai solussa suojattu hyvin, koska eliön on yleensä taattava, että dna pysyy samana, Wang sanoo. Jos dna-ei pysy pääosin samanlaisena ja hajoaa usein, ei lajin oma suku jatku pitkään.
Tämä pätee kaikkiin soluihin. Jos ympäristö muuttuu, on myös bakteerin sopeuduttava muuttuvaan ympäristöön.
ELÄVÄÄN muistiin voi tulla virheitä monella tapaa. Yksi on normaali mutaatio. Sellaisia ilmenee dna:ssa lähes aina silloin, kun solun data kopioituu, sanoo Heinis.
Mutta myös digitaalisissa laitteissa dataa tallentuu joskus virheellisesti, kun sitä kopioidaan. Esimerkiksi sähkömagneettiset häiriöt tuottavat virheitä.
Bakteerien ja solujen dna:n muisteissa on digitoituina vielä paljon kehitettävää.
Edessä on vielä pitkä tie, jos halutaan päästä samanlaiseen virheettömyyteen kuin tavallisessa digitaalisessa tallennuksessa, sanoo
Nick Goldman. Hän on geneetikko Euroopan bioinformatiikan instituutissa Cambridgessa.
Yhteen grammaan dna:ta saisi tallennettua useita teratavuja dataa.
Bakteeri voi silti tarjota paikan datan pitkäaikaiseen säilytykseen, kommentoi geneetikko
Thomas Heinis Lontoon Imperial Collegesta
New Scientistille.
Joskus bakteerin sopeutuessa ympäristöönsä myös sen dna muuttuu. Nämä muutokset vaikuttavat silloin myös koodattuun informaatioon, muistuttaa Heinis.
ON laskettu, että teoriassa
vain yhteen grammaan dna:ta saisi tallennettua useita teratavuja dataa. Yksi teratavu vaatii muistitilan, joka vastaa yli 1,4:ää miljoonaa perinteistä cd-levyä.
Jos dna halutaan pitkäaikaiseksi muistiksi, pitäisi se varmaankin suojata äärimmäisen hyvin. Esimerkiksi kosteus ja lämpötilojen vaihtelu vaikuttavat datan säilyvyyteen.
www.hs.fi
