Теги → днк
Быстрый переход

Создан первый в мире рабочий процессор на основе молекул ДНК

Вычисления на основе ДНК рассматриваются как одна из технологий, которая изменит технологическую отрасль в будущем. Группа исследователей из Инчхонского национального университета в Южной Корее разработала довольно простой процессор, построенный на базе молекул ДНК. Учёные уверены, что такие чипы в будущем смогут заменить традиционные кремниевые процессоры.

tomshardware.com

tomshardware.com

Использование молекул ДНК в технологической сфере рассматривалось в качестве средства хранения информации. Исследователи экспериментировали с ДНК, создавая ёмкие решения для хранения информации. Однако у таких продуктов есть проблемы со скоростью чтения и записи данных. Это связано с тем, что хранение информации в ДНК работает по своеобразному принципу и требует новых подходов к работе с данными. Таким образом, исследователи пришли к выводу, что решением проблемы может стать процессор, основанный на молекулах ДНК, который будет работать по тому же принципу, что и ДНК-накопители. Именно такое устройство представили корейские учёные.

По данным издания The Register, исследователи из Инчхонского национального университета в Южной Корее разработали новую технологию, которая использует молекулы ДНК для простых вычислений. Устройство выполнено в виде чипа, который получил название Microfluidic Processing Unit (MPU). Первый прототип MPU может выполнять базовые операции компьютерной логики, такие как AND, OR, XOR и NOT, которые являются довольно простыми, однако знаменуют огромный скачок вперёд. Раньше для выполнения каких-либо операций с ДНК исследователям приходилось вручную настраивать сложные конфигурации, которые выполнялись в реакционных пробирках. Этот подход был очень медленным и непрактичным. MPU же совершает все вычисления автоматически, используя 3D-принтер. Это снижает сложность и позволяет сделать первый шаг к созданию пригодного для реального использования процессора на основе молекул ДНК.

Исследователи управляли чипом с ПК, хотя, по их словам, делать это можно и со смартфона. Это значит, что для управления им по-прежнему требуются внешние инструменты. Учёные заявляют, что «будущие исследования будут сосредоточены на создании решений для вычисления на полной ДНК, с алгоритмами ДНК и системами хранения на базе ДНК». Исследователи утверждают, что с таким убедительным подтверждением жизнеспособности концепции, как они представили, будущее процессоров на базе ДНК может наступить совсем скоро.

Ученые «программируют» живые бактерии для хранения данных

Перспективы тысячекратно уплотнить запись и сохранять целостность данных благодаря самовоспроизведению информации в генах заставляют учёных искать возможность записи данных в ДНК. На этом пути уже сделаны первые интересные шаги и будет сделано ещё немало открытий. Свой вклад в общее дело внесли учёные из Колумбийского университета в США, предложившие простую систему прямой записи данных с компьютера непосредственно в геном бактерий.

Источник изображения: Sproetniek/iStock

Источник изображения: Sproetniek/iStock

Традиционные методы записи информации в ДНК предполагают кодирование единиц и нулей файла данных в виде комбинации четырех азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина и тимина. Обычно длина закодированных последовательностей не превышает 200 или 300 оснований (фрагментов), поскольку иначе страдает точность искусственного синтеза ДНК. Чтение происходит в процессе секвенирования закодированных последовательностей. Стоимость такого процесса кодирования и декодирования достигает $3500 за Мбит. К тому же последовательности со временем деградируют и теряют информацию. Выходит дорого и ненадёжно.

Исследователи из Колумбийского университета ещё в 2017 году методом CRISPR смогли отредактировать ДНК плазмидов кишечной палочки (Escherichia coli) так, что те смогли распознавать и запоминать попадание сахарной фруктозы в клетки бактерий. В составе ДНК бактерий этот модифицированный элемент мог хранить 0 или 1 в зависимости от того, подавалась в раствор с бактериями фруктоза или нет. Фактически фруктоза кодировала участок ДНК. Эти данные учёные могли извлечь в процессе секвенирования ДНК бактерий в любое удобное для себя время, поскольку данные — участок ДНК с закодированной информацией — передавались в колонии бактерий в процессе размножения от одного поколения к другому.

Схема эксперимента. Источник изображения: Nature Chemical Biology

Схема эксперимента. Источник изображения: Nature Chemical Biology

В новом исследовании, о котором учёные сообщили в недавнем издании журнала Nature Chemical Biology, исследователи смогли создать условия для записи 72 битов данных в ДНК. В плазмиды живых бактерий E. coli была записана закодированная фраза «Hello world!», которую потом успешно прочли после секвенирования ДНК живых бактерий.

Таким образом, данные кодировались прямо с ПК в ДНК живых бактерий без искусственного синтеза ДНК. По крайней мере, экономия появилась на этапе синтеза.

Природный жёсткий диск: Western Digital и Microsoft будут развивать системы хранения данных на ДНК

Человечество с каждым днём генерирует всё больше данных, и немало из них хочет сохранить надолго. К 2030 году, прогнозируют в Western Digital, половина новых носителей будет предназначена для архивов. Громадные деньги будут тратиться на сохранение данных, тогда как плотность носителей будет увеличиваться очень медленно. Переломить тенденцию смогут только новые методы записи, например, на ДНК.

Вчера компании Western Digital, Microsoft, Twist Bioscience и Illumina объявили о создании Альянса по хранению данных на ДНК (DNA Data Storage Alliance). Организация ставит перед собой цель разработать «дорожную карту» создания экосистемы для записи информации с помощью ДНК, включая соответствующие устройства для записи и считывания. Также альянс будет продвигать и популяризировать идею хранения информации на ДНК, как и заниматься обучением.

В составе альянса компания Twist BioScience будет предоставлять фрагменты ДНК и технологии записи данных на них. Компания Illumina специализируется на секвенировании ДНК (считывании). Компания Microsoft имеет значительный опыт в постановке экспериментов с записью данных на ДНК. Что касается четвёртого основателя альянса — компании Western Digital, то она интересуется этой областью как крупнейший игрок на рынке накопителей для записи данных.

Кроме четвёрки основателей в альянс вошли такие компании и организации, как Ansa Biotechnologies, CATALOG, The Claude Nobs Foundation, DNA Script, EPFL, ETH Zurich, imec, Iridia, Molecular Assemblies и Лаборатория молекулярных информационных систем Вашингтонского университета.

Запись информации на ДНК обещает недорогую и чрезвычайную плотность хранения. Так, один грамм носителя ДНК может хранить порядка одного зеттабайта данных. Для записи всей информации сегодняшнего мира понадобится менее 20 граммов носителя. Теоретическое время сохранности такой записи может достигать тысячелетий, ведь даже сегодня учёные могут расшифровывать фрагменты ДНК из живой природы, которым сотни тысяч лет.

Интересно, что для записи данных на ДНК предлагается использовать не двоичный подход, а кодирование из четырёх базовых символов. В частности, с помощью соединений из четырёх оснований нуклеиновых кислот ДНК; аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T). Например, 00 = A, 01 = C, 10 = G и 11 = T. Закодированные этими кислотами данные записываются в короткие фрагменты ДНК и упаковываются для сохранения в какой-то контейнер, например стеклянный шарик.

Сегодня это выглядит фантастикой. Пока на запись и считывание пяти байт данных, записанных в ДНК, требуется около суток. Но когда-нибудь это может стать реальностью. Другой вопрос, что подавляющее большинство генерируемых сегодня данных — это цифровой мусор, практическая польза от хранения которого очень и очень неочевидна.

Новый проект приблизит коммерческую запись данных на основе ДНК

Миру необходимы новые носители информации для долговременного хранения данных. Они должны быть намного более компактные, чем могут предложить актуальные технологии. Одной из перспективных технологий в этой области остаётся запись данных на основе ДНК.

Идея хранить данные в виде кодирования нуклеотидов по методу формирования цепочек ДНК начала витать в воздухе с 60-х годов прошлого века. Первые успешные эксперименты в этой области были поставлены в 80-годах, а к настоящему времени учёные смогли существенно увеличить скорость записи (кодирование) и плотность хранения данных на основе ДНК.

Тем не менее, данная технология пока ещё остаётся уделом фантастов, а не инструментом администраторов центров хранения данных. Может ли что-то приблизить коммерческую запись данных на основе ДНК? В Институте технологических исследований штата Джорджия (GTRI) считают, что новая инициатива с финансированием на уровне $25 млн поможет в обозримом будущем создать масштабируемое архивное хранилище на основе ДНК.

Агентство передовых исследований в сфере разведки США (IARPA) учредило программу MIST (молекулярное хранение информации). В рамках программы заключён масштабный многоуровневый контракт на исследования с институтом GTRI, компаниями Twist Bioscience и Roswell Biotechnologies, а также с Вашингтонским университетом и компанией Microsoft. Последняя, как мы не раз сообщали, плотно занимается проблемами записи данных с использованием ДНК.

Совместный проект всех перечисленных выше участников программы MIST под названием SMASH (Scalable Molecular Archival Software and Hardware) будет направлен на разработку платформы для синтеза ДНК на основе кремниевых (полупроводниковых) решений. Эта платформа должна будет записывать загружаемые данные в виде цепочек ДНК и позволять считывать их в виде секвенирования ДНК. В перспективе должна получиться система хранения данных размерами с настольное устройство вместо огромного зала с дисковыми стойками.

Учёные утверждают, что в объёме размером с кубик сахара может храниться эксабайт данных. При правильном хранении записанная по методу ДНК информация может сохраняться тысячелетия, ведь учёные успешно расшифровывают ДНК давным-давно умерших животных и людей. Чтобы проект был признан успешным, необходимо научиться в сутки кодировать и декодировать сотни терабайт данных с энергетическими и прочими затратами в 100 раз меньшими, чем это происходит сегодня при записи на актуальные носители информации. И пока перспективной альтернативы записи по методу ДНК нет, уверены разработчики.

Инвесторы ставят на синтез ДНК для жизни и хранения данных

Сравнительно недавно принято считать, что данные можно записывать в последовательностях ДНК. Раз уж это реализовано природой, то почему бы ни воспользоваться этим на благо технологического развития человека? Также изучение механизмов синтеза ДНК обещает привести к появлению индивидуальной медицины на уровне персональной коррекции генов. Проблема только в том, что синтез длинных, чистых и устойчивых цепочек ДНК ― это сложнейший процесс с использованием токсичных химических соединений. Прорывом может стать так называемый энзиматический синтез ДНК (enzymatic DNA synthesis), когда для создания нужных последовательностей используются ферменты, а не «жёсткая» химия.

Среди прочих компаний и научных лабораторий энзиматический синтез ДНК разрабатывает довольно молодая компания Molecular Assemblies.  Она создана в 2013 году, но за ней стоит 30-летний опыт профильных учёных, образовавших Molecular Assemblies. Считается, что Molecular Assemblies первой предложила коммерческий метод относительно простого способа синтеза длинных цепочек ДНК. В свете интереса к модификациям генома и необходимости в новых методах записи информации это не могло не привлечь инвесторов. Сообщается, что на днях в первом сборе инвестиций серии A компания смогла привлечь $12,2 млн средств на развитие.

Метод синтеза длинных цепочек ДНК, разработанный Molecular Assemblies, в своей основе использует водные растворы и неопасные химические соединения. Также технология отличается простой обработкой цепочек после синтеза для извлечения из растворов и дальнейшей работы с ними. После этого цепочки ДНК можно использовать для нужд медицины (клеточная CAR-T-терапия и генное редактирование CRISPR), для модификации сельскохозяйственной продукции, для промышленности и для изучения технологий записи данных на молекулярном уровне.

Первый компьютерный геном может привести к созданию синтетических форм жизни

Все последовательности ДНК исследованных учёными форм жизни хранятся в базе данных, принадлежащей Национальному центру биотехнологической информации в США. И 1 апреля в базе данных появилась новая запись: «Caulobacter ethensis-2.0». Это первый в мире полностью смоделированный на компьютере и затем синтезированный синтетический геном живого организма, разработанный учёными из ETH Zurich (Швейцарской высшей технической школы Цюриха). Однако следует подчеркнуть, что хотя геном C. ethensis-2.0 успешно был получен в виде большой молекулы ДНК, соответствующего живого организма пока ещё не существует.

Caulobacter crescentus. Electron microscope image: Science Photo Library / Martin Oeggerli

Caulobacter crescentus. Electron microscope image: Science Photo Library / Martin Oeggerli 

Исследовательскую работу провели Бит Кристен, профессор экспериментальной системной биологии, и его брат Маттиас Кристен — химик. Новый геном, названный Caulobacter ethensis-2.0, был создан путем очистки и оптимизации естественного кода бактерии Caulobacter crescentus   безвредной бактерии, живущей в пресной воде по всему миру.  

Caulobacter ethensis-2.0. / www.ethz.ch

Caulobacter ethensis-2.0. / www.ethz.ch 

Более десяти лет назад команда под руководством генетика Крейга Вентера создала первую «синтетическую» бактерию. В ходе своей работы учёные синтезировали копию генома Mycoplasma mycoides, затем он был имплантирован в клетку-носитель, которая после этого оказалась полностью жизнеспособной и сохранила способность к самовоспроизведению.

Новое исследование продолжает работу Крейгера. Если ранее учёные создали цифровую модель ДНК реального организма и на её основе синтезировали молекулу, новый проект идёт дальше, используя оригинальный код ДНК. Учёные значительно переработали его, прежде чем синтезировать и проверить работоспособность.

Исследователи начали с оригинального генома C. crescentus, который содержит 4000 генов. Как и у любых живых организмов, большая часть этих генов не несёт никакой информации и является «мусорной ДНК». После проведённого анализа учёные пришли к выводу, что только около 680 из них необходимы для поддержания жизни бактерии в лаборатории.

После удаления «мусорной ДНК» и получения минимального генома C. crescentus команда продолжила работу. Для ДНК живых организмов характерно наличие встроенной избыточности, заключающейся в том, что синтез одного и того же белка кодируется различными генами в нескольких участках цепи. Исследователи заменили более 1/6 из 800 000 букв ДНК в ходе оптимизации по удалению дублирующего кода.

«Благодаря нашему алгоритму мы полностью переписали геном в новую последовательность букв ДНК, которая больше не похожа на исходную», — говорит Бит Кристен, соведущий автор исследования. «При этом биологическая функция на уровне синтеза белка осталась без изменений».

Чтобы проверить, будет ли полученная цепочка работать должным образом в живой клетке, исследователи вырастили штамм бактерий, которые имели в своём ДНК как естественный геном Caulobacter, так и сегменты искусственного генома. Учёные выключали отдельные естественные гены и проверяли способность их искусственных аналогов выполнять ту же биологическую роль. Результат оказался достаточно впечатляющим: около 580 из 680 искусственных генов оказались работоспособными.

«Благодаря полученным знаниям мы сможем улучшить наш алгоритм и разработать новую версию генома 3.0», — говорит Кристен. «Мы полагаем, что в ближайшем будущем создадим живые бактериальные клетки с полностью синтетическим геномом».

На первой стадии такие исследования помогут генетикам проверить верность своих познаний в области понимания ДНК и роли отдельных генов в нём, так как любая ошибка в синтезе цепочки приведёт к тому, что организм с новым геномом погибнет или будет неполноценным. В будущем же они приведут к появлению синтетических микроорганизмов, которые будут создаваться для заранее определённых задач. Искусственные вирусы смогут бороться с их естественными сородичами, а специальные бактерии будут производить витамины или лекарства.

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.

Учёные превратили ДНК в логические вентили: сделан шаг к химическим компьютерам

Группа учёных под руководством исследователей из Калифорнийского технологического университета смогла сделать небольшой, но значимый шаг в разработке произвольно программируемых химических компьютеров. В качестве базовых вычислительных элементов в таких системах используются наборы ДНК, которые по своей природной сущности обладают способностью к самоорганизации и росту. Всё, что надо для работы вычислительных систем на основе ДНК ― это тёплая солоноватая вода, закодированный в ДНК алгоритм роста и базовые стандартные наборы ДНК-последовательностей.

Вычисления с помощью ДНК подобно работе ткацкого станка, где каждый новый слой - это шаг исполненния одной команды (Erik Winfree/Caltech)

Вычисления с помощью ДНК подобны работе ткацкого станка, где каждый новый слой ― это шаг исполнения одной команды (Erik Winfree/Caltech)

До сих пор «вычисления» с помощью ДНК проводились строго с использованием какой-либо одной последовательности. Для произвольных вычислений действующие методики не годились. Учёные из Калтеха (Caltech) смогли преодолеть это ограничение и представили технологию, которая может выполнять произвольные алгоритмы, используя один базовый набор из условно логических ДНК-элементов и отвечающую за алгоритм «расчёта» выборку из 355 базовых ДНК-последовательностей ― аналога компьютерных инструкций. В солевой раствор вносится логическое «семя» и набор «инструкций», после чего начинается расчёт ― сборка последовательности.

Примеры алгоритмов с использованием вентилей-ДНК и набором заданных последоваельностей

Примеры алгоритмов с использованием вентилей-ДНК и набором заданных последовательностей

Базовый элемент или «семя» представляет собой ДНК-свёртку (ДНК оригами) ― это нанотрубка длиной 150 нм и диаметром 20 нм. Структура «семени» остаётся практически неизменной вне зависимости от алгоритма, который будет вычисляться. Периферия «семени» сформирована таким образом, что на его окончании стартует сборка последовательностей ДНК. Растущая нить ДНК, как известно, собирается из последовательностей, которые по молекулярной структуре и химическому составу подходят предложенным последовательностям, а не случайным образом. Поскольку периферия «семени» представлена в виде шести условных вентилей, где каждый вентиль обладает двумя входами и двумя выходами, рост ДНК начинает подчиняться заданной логике (алгоритму) который, как уже сказано выше, представлен помещенным в раствор заданным набором ДНК-последовательностей из 355 базовых вариантов.

Учёные в ходе опытов показали возможность исполнения 21 алгоритма, включая счёт от 0 до 63, выбор лидера, определение деления на три и другие, хотя этими алгоритмами всё не ограничивается. Процесс вычисления идёт шаг за шагом, по мере роста нитей ДНК на всех шести выходах «семени». Этот процесс может занимать от одних до двух суток. На изготовление «семени» уходит существенно меньше времени ― от часа до двух. Результат расчётов можно воочию увидеть под электронным микроскопом. Трубка разворачивается в ленту, а на ленте в местах каждого значения «1» на последовательности ДНК присоединяется видимая в микроскоп молекула протеина. Нули в микроскоп не видны.

Развёрнутые последовательности ДНК после вычисления под электронным микроскопом (Damien Woods/Maynooth University)

Развёрнутые последовательности ДНК под электронным микроскопом после вычисления . Цифры ― это код алгоритма, выгравированный на «семени», а всё что справа от цифр ― это последовательность выполнения команд в виде выросших нитей ДНК. На ленте видны только единицы благодаря молекулам протеина (Damien Woods/Maynooth University)

Безусловно, в представленном виде технология далека от выполнения полноценных расчётов. Пока это похоже на чтение ленты с телетайпа, растянутое на двое суток. Тем не менее, технология работает и оставляет за собой обширное поле для совершенствования. Стало понятно в каком направлении можно двигаться, и что необходимо делать для приближения химических компьютеров.

Lexus запустила службу генетического подбора автомобилей

Бренд Lexus известен своими автомобилями класса люкс, которые можно подбирать под себя с учётом разнообразных предпочтений, модифицируя оснащение и оформление салона даже в мелких нюансах. Но японцы всё время движутся вперёд, чтобы сделать свои автомобили поистине индивидуальными для каждого отдельного человека.

С этой целью Lexus представила Genetic Select — первую в мире службу, позволяющую подбирать автомобиль в полном соответствии с генетическим кодом будущего владельца. Чтобы достичь этого, Lexus заключила соглашение с 23andMe — частной биотехнологической компанией из Маунтин-Вью. Последняя специализируется на предоставлении частным заказчикам информации об их предрасположенности к заболеваниям на основании анализа биоматериала на однонуклеотидный полиморфизм по нескольким тысячам SNP.

Lexus и 23andMe создают уникальный профиль водителя на основании ДНК (нужно сдать образец слюны), после чего машина производится с учётом всех особенностей индивида. Система может определить такие особенности, как предрасположенность к употреблению кофе (появится соответствующий подстаканник), склонность к загару (появится панорамная крыша), вероятность болей в спине (точная подгонка кресел под анатомию), любовь к острым ощущениям (будет установлен двигатель повышенной мощности), чувствительность кожи (стёкла получат соответствующую тонировку) и так далее.

Через 48 часов после сдачи биоматериалов и оплаты пользователь в США получит автомобиль своей мечты — он будет доставлен прямо к дому. Даже наличие проблем зрения будет учтено: лобовое стекло снимет необходимость использования коррекционных очков. Будут подобраны нужные размеры подголовников, а салон наполнен предпочтительными запахами. Ещё одна уникальная возможность такого автомобиля — принципиальная устойчивость к угону. Он не требует ключей: чтобы завести двигатель, нужно просто лизнуть особую область на руле: только проверив соответствие биометрии, автоматика активирует зажигание. Почитать подробнее об инициативе можно на официальном сайте.

В соревновании по расшифровке ДНК победил бельгийский студент

Как мы уже рассказывали нашим читателям, ДНК — субстанция весьма ёмкая в информационном плане и на хранение всей цифровой информации мира на сегодняшний день будет достаточно порядка 9 литров. Наша цивилизация потихоньку учится использовать новые знания не только в медицине, но и в сфере хранения данных. К примеру, в январе 2015 года на Всемирном Экономическом Форуме в Давосе было объявлено состязание Bitcoin Challenge.

В полученных участниками соревнования образцах ДНК были закодированы данные настоящего биткоина. Для этого использовался метод, разработанный учёным Ником Голдманом (Nick Goldman) из Европейского Института Биоинформатики. Первый успешно раскодировавший образец участник получал этот биткоин, стоимость которого на тот момент была довольно скромной, порядка 200 евро, так что мотивация участников, решившихся ответить на вызов Голдмана, была скорее чисто научной.

Надо сказать, что задача оказалась весьма сложной, поскольку у участников состязания на её решение ушло целых три года, и это несмотря на то, что им была предоставлена вся необходимая техническая и биологическая информация. Любопытно, что прорыв случился буквально за неделю до конца соревнования, намеченного на 21 января 2018 года. Бельгийскому студенту Сандеру Вюйтсу (Sander Wuyts) из Антверпенского университета удалось успешно раскодировать имеющийся на руках образец и вступить во владение честно завоёванной наградой. По текущему курсу биткоина он стал богаче примерно на 9100 евро. Победитель подробно изложил историю своей победы в личном блоге. Заниматься криптовалютами далее он не планирует, поскольку сомневается в их перспективах.

Музыка, записанная Microsoft на ДНК, поступила в архив ЮНЕСКО

Летом прошлого года исследователям Microsoft Research и учёным Вашингтонского университета удалось записать на цепи ДНК 200 Мбайт информации, включая клип группы OK Go, Всеобщую декларацию прав человека на более чем 100 языках, 100 книг из проекта «Гутенберг» и базы данных Crop Trust. Для этого двоичный код был переведёт в четверичный — структурный код ДНК на основе азотистых соединений А, Г, Ц, Т, а затем успешно считан.

Новым достижением команды учёных, в которую влилась и компания Twist Bioscience, стала запись живого исполнения композиций Майлса Дэвиса (Miles Davis) и рок-группы Deep Purple с фестиваля Montreux Jazz Festival. Этот архивный образец на физическом носителе размером с песчинку станет частью проекта ЮНЕСКО «Память мира».

Метод хранения информации на основе искусственных молекулярных нитей имеет высокое значение в деле архивирования, поскольку один грамм ДНК позволяет записать до миллиарда терабайт данных, а срок хранения исчисляется тысячелетиями, что доказывается прочтением генетической информации животных времён палеолита.

«Вся цифровая информация мира сможет поместиться примерно в 9 литрах этой биологической материи», — сообщает Microsoft Research. Столь надёжный и ёмкий носитель способен уменьшить риски утраты значимой для человечества информации.

Проблема заключается лишь в чрезвычайно высокой стоимости и сложности этого метода. Впрочем, исследователи утверждают, что отработка технологии позволит в ближайшие годы применять её и в коммерческих целях.

Учёные смогли заразить компьютер занесённым в ДНК вирусом

Исследователям Вашингтонского университета удалось заразить компьютер вредоносным программным обеспечением, внедрённым в нить ДНК. Чтобы проверить, можно ли атаковать компьютер таким образом, команда добавила в программу для обработки ДНК известную уязвимость. Затем она создала синтетическую нить ДНК с вредоносным кодом. Машина проанализировала её, благодаря чему исследователи смогли запустить на компьютере эксплойт.

dnasec.cs.washington.edu

dnasec.cs.washington.edu

«Мы хотели понять, какие новые риски компьютерной безопасности могут возникнуть при взаимодействии между биомолекулярной информацией и компьютерными системами, которые её анализируют», — написали исследователи под руководством Тадаёши Коно (Tadayoshi Kohno), профессора информатики Вашингтонского университета.

Базовые структурные элементы ДНК называются нуклеотидами. Посредством секвенирования ДНК учёные могут определять порядок нуклеотидов, что позволяет анализировать переносимую в нитях генетическую информацию. За последние 10 лет стоимость секвенирования снизилась более чем в 100 тысяч раз.

После секвенирования данные обрабатывают и анализируют различные компьютерные программы. Современные технологии позволяют одновременно обрабатывать сотни миллионов нитей ДНК. Если учесть возможность взлома, описанную выше, то можно лишь догадываться, насколько огромной может быть угроза. Впрочем, исследователи считают, что причин для беспокойства нет.

dnasec.cs.washington.edu

dnasec.cs.washington.edu

«Мы не нашли никаких доказательств того, что безопасность секвенирования ДНК или данных ДНК в целом на данный момент находится под угрозой, — сказали учёные. — Мы рассматриваем эти результаты как первый шаг к рассмотрению компьютерной безопасности в экосистеме секвенирования ДНК».

«Основной целью этого исследования было лучше понять возможность атак с внедрением кода на основе ДНК, — добавили исследователи. — Нам также неизвестен ни один случай, в котором злоумышленник пытался бы похитить вычислительные биологические программы».

В США впервые провели редактирование человеческих эмбрионов

Орегонский университет здоровья и науки (OHSU) в Портленде впервые в Соединенных Штатах применил технологию, которая позволяет изменять гены в человеческом эмбрионе, сообщил ресурс MIT Technology Review.

Профессор Орегонского университета здоровья и науки, генетик Шухрат Миталипов

Профессор Орегонского университета здоровья и науки генетик Шухрат Миталипов

По словам источников, знакомых с научными результатами, исследования, проведённые Шухратом Миталиповым из Университета здоровья и науки штата Орегон, включали в себя изменение ДНК в большом количестве одноклеточных эмбрионов с помощью технологии редактирования генов CRISPR.

Хотя ни одному из эмбрионов не дали развиваться в течение более чем нескольких дней — и никогда не было никакого намерения имплантировать их в матку — эксперименты являются важной вехой в том, что может оказаться неизбежным путём к рождению первого генетически модифицированного человека.

Путём изменения кода ДНК человеческих эмбрионов ученые смогут удалять или исправлять гены, которые вызывают наследственные заболевания, например бета-талассемию. Этот процесс называется «инженерией зародышевой линии», потому что любой генетически модифицированный ребёнок затем передаст изменения последующим поколениям через свои собственные зародышевые клетки.

MIT/Whitehead Institute

MIT/Whitehead Institute

Отметим, что некоторые страны подписали конвенцию, запрещающую подобны исследования из-за опасений, что их результаты могут быть использованы для создания так называемых «детей на заказ».

Некоторые критики говорят, что эксперименты с зародышевой линией могут открыть шлюзы в новый мир «детей на заказ», спроектированных с генетическими усовершенствованиями. Против такой перспективы выступает целый ряд религиозных и общественных организаций, а также биотехнологических компаний. 

Резидент «Сколково» привлёк 44 млн рублей на разработки для лечения ВИЧ-инфекции

Компания Advanced Gene & Cell Technologies, резидент «Сколково», привлекла 44 млн руб. инвестиций на проведение исследований с целью лечения ВИЧ-инфекции.

Institute of Translational Health Sciences

Institute of Translational Health Sciences

«Резидент „Сколково“, компания Advanced Gene & Cell Technologies (AGCT, ЭйДжиСиТи), получила первый транш финансирования от венчурного фонда RBV Capital, созданного с участием капитала Российской венчурной компании (РВК) и ГК „Р-Фарм“. Совокупный объём инвестиций составит 44 млн руб. Реализация проекта позволит впервые в России довести до клинической практики технологию геномного редактирования для лечения наиболее тяжёлых и социально значимых заболеваний», — сообщили в пресс-службе фонда «Сколково» Агентству городских новостей «Москва».

Российская биотехнологическая компания AGCT занимается разработкой метода лечения ВИЧ, основанного на редактировании ДНК человека.

«Технология основана на изменении гена корецептора CCR5 (ответственного за проникновение вируса в клетку) в собственных клетках костного мозга пациента. После изъятия из костного мозга и ex vivo редактирования (удаления корецептора CCR5) клетки трансплантируют обратно пациенту, где они дифференцируются в клетки иммунной системы и становятся невосприимчивыми к самым распространённым подтипам ВИЧ. AGCT планирует использовать инвестиции на подготовку пакета доклинических данных для проведения пилотного клинического исследования фазы 1–2», — рассказали в пресс-службе.

Директор фонда RBV Capital охарактеризовал этот проект как рискованный, но очень перспективный. Фонд сотрудничает со стартапами в области био-фармацевтики, био-медицинских технологий и сервисов, биоинформационных технологий, медицинского приборостроения и здравоохранения.

«На мировом рынке пока не продаётся ни одного продукта, который использовал бы технологию редактирования генома. Рынок технологий, устройств и препаратов для генной терапии находится в зарождающемся состоянии, а для инвесторов вкладываться в проекты в новой области — всегда рискованное предприятие. Полученные от RBV Capital средства пойдут на дальнейшую разработку нашей технологии и предклинические исследования, которые рассчитаны на три года», — сообщила директор «ЭйДжиСиТи» Марина Попова, к. м. н., руководитель лаборатории трансплантологии отдела биотехнологий НИИ детской онкологии, гематологии и трансплантологии имени Р. М. Горбачёвой. 

Серебряные нанопроволоки на основе ДНК открывают путь к молекулярной электронике

Международная группа учёных из России (в том числе из МФТИ) и Израиля предложила новую технологию формирования нанопроволок, которые в перспективе могут найти применение в молекулярных электронных устройствах.

Речь идёт об использовании в качестве основы нанопроводов молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Учёные говорят, что такие молекулы способны проявлять сверхпроводящие свойства, если их поместить между двумя сверхпроводниками (наведённая сверхпроводимость). Более того, молекулы ДНК могут самостоятельно осуществлять транспорт заряда, однако эффективность зависит от подложки, на которую они нанесены.

«Если бы молекулы ДНК воспроизводимо проводили электрический заряд, сделать новое поколение электронных схем и электрических устройств было бы легко. Тем не менее, проводимость ДНК в некоторых случаях очень низкая, особенно если молекула закреплена на твёрдой подложке», — говорят исследователи.

Перенос заряда через ДНК может быть усилен за счёт расположения атомов металлов вдоль цепи, но добиться равномерного покрытия сложно, и оставшиеся неметаллизированные фрагменты ДНК ухудшают способность проводить электричество. Авторы работы заметили, что ДНК, состоящую из цепи гуанина и комплементарной ей цепи цитозина (ГЦ-ДНК), можно равномерно металлизировать атомами серебра.

Таким образом, появляется возможность создания нанопроволок для электронных устройств будущего. Более подробно об исследовании можно узнать здесь

Новая статья: Мусор науки, или Другая сторона криминалистики

Данные берутся из публикации Мусор науки, или Другая сторона криминалистики

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥