הכונן הקשיח הראשון, שפותח ב־1956, היה מורכב מ־50 דיסקים בקוטר 70 ס״מ כל אחד, וקיבולת המידע שלו היתה 5 מגה-בייט - מספיק בקושי כדי לאחסן קובץ mp3 אחד. קשה להאמין כמה התקדמנו מאז - כיום אפשר להשיג בכל חנות מחשבים כונן קשיח קטן בעל קיבולת של יותר מ-1,000 ג׳יגה-בייט. יום אחד, כנראה, גם הכוננים של היום ייראו לנו מסורבלים ובלתי יעילים. בזכות מחקר באוניברסיטה הסינית בהונג-קונג, ייתכן כי כונן העתיד יהיה... כפית יוגורט: החוקרים הראו שאפשר לשמור מידע בחומר הגנטי (DNA) של חיידקי E. coli, ולטענתם אפשר להחזיק עד 900 אלף ג׳יגה-בייט בגרם אחד של חיידקים.
איך זה עובד? תחילה, חשוב להבין כיצד אפשר להשתמש ב-DNA כדי להחזיק מידע חיצוני. ה-DNA, הנמצא בציטופלזמה של החיידק (ובגרעין התא אצל אורגניזמים מורכבים), הוא מולקולת ענק המכילה את כל המידע הדרוש לביצוע פעולות התא. מידע זה מקודד ברצפי מולקולות הנקראות נוקלאוטידים. ישנם רק ארבעה סוגי נוקלאוטידים המרכיבים כל רצף DNA: אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G) ותימין(T). לפיכך, אפשר לדמיין את ה-DNA כשרשרת ארוכה של ארבע האותיות הללו, כאשר כל פיסת מידע מיוצגת כרצף אותיות (נוקלאוטידים) ייחודי. ה-DNA מכיל רצפים רבים החוזרים על עצמם, וזאת כדי לוודא שהתא יוכל להמשיך לתפקד גם אם רצפי DNA מסוימים לא יפעלו כראוי מסיבה כלשהי. לכן לא ייגרם נזק רב לתפקוד התא אם בשיטות הנדסה גנטיות יוחלפו רצפים מסוימים ברצפים אחרים המכילים, לדוגמה, מידע שאנו מעוניינים לאחסן. לאחר מכן, אם נזכור היכן ברצף ה-DNA הוספנו את המידע החיצוני, נוכל לגשת למידע על ידי פיענוח גנום החיידק ו׳׳קריאת״ הקטע ששינינו.
כדי שנוכל לשלב מידע חיצוני (לדוגמה, טקסט, קובץ מוזיקה, או קובץ תמונה) בשרשרת DNA, תחילה עלינו לייצג אותו כרצף נוקלאוטידים, כלומר כרצף של האותיות A, C, G ו-T. החוקרים הסינים הציעו שיטה פשוטה לתרגום תווי ASCII (שיטת קידוד להחזקת מידע במחשב) לאותיות הנוקלאוטידים. לשם הדגמה, הם קודדו את המילה iGEM (שם הפרויקט) בשפת ה-DNA, וקיבלו את הרצף ATCTATTGATTTATGT. לאחר הקידוד הפעילו החוקרים אלגוריתם לדחיסת מידע כדי לקצר את שרשרת האותיות - הן כדי לחסוך במקום והן כדי למנוע חזרות ברצף הנוקלאוטידים, דבר העשוי להפריע לתפקוד החיידק. לאחר הפקת רצף מולקולות סופי השלב הבא היה להכניסו לתוך חיידק E. coli.
לשם כך התכוונו החוקרים להשתמש בשיטות הנדסה גנטיות מוכרות - שימוש בנשא (פלסמיד או נגיף) המחדיר לתא את המידע המבוקש והמשלב אותו ברצף ה-DNA הקיים. ואולם ישנה הגבלה על כמות המידע שאפשר להכניס ברצף DNA אחד, וגם על כמות המידע שנשא יכול לשאת. לכן המדענים היו צריכים לחלק את המידע בין כמה וכמה חיידקים. הדבר הציב בפניהם אתגר נוסף - כיצד להרכיב בחזרה את רצף המידע המקורי לאחר שמפענחים את החלקים השונים?
לשם כך חילקו החוקרים את המידע לפיסות קטנות ולכל פיסה חיברו שני חלקים: כותרת, שמציינת היכן למקם את פיסת המידע ברצף המידע הסופי, וגם סיכום ביקורת - מספר שמאפשר לזהות אם רצף המידע המפוענח זהה לרצף המקורי, או אם חלו בו שגיאות.
כדי להדגים את השיטה החדירו החוקרים את חלקי המילה iGEM לתוך קבוצת חיידקי E. coli. לאחר מכן פיענחו את הגנומים של החיידקים וסידרו את פיסות המידע שהתקבלו על פי הסדר שצוין בכותרות. המידע אכן נשמר. הרעיון לקודד מידע ב-DNA של חיידקים קיים יותר מעשר שנים, אולם ההתפתחות העצומה בתחום ההנדסה הגנטית בשנים האחרונות איפשרה ליישם את השיטה. הטכנולוגיות הדרושות לשמירת המידע ופיענוחו הן אמנם מורכבות מדי לשימוש האדם הפשוט - אבל גם ב-1956 כנראה איש לא חלם שכל אדם יוכל להניח מאות ואף אלפי גייגה-בייטים של מידע על שולחן הכתיבה שלו.
פורסם ב"גליליאו" 150, פברואר 2011
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה