Σαίξπηρ, Μάρτιν Λούθερ Κινγκ και DNA. Synthetic double-helix faithfully stores Shakespeare's sonnets

Το έργο του Σαίξπηρ, μπορεί να διατηρηθεί καλύτερα σε βάσεις δεδομένων DNA. Humanity's legacy, including Shakespeare's sonnets, may be best preserved in DNA databases. NATHAN BENN / ALAMY

Είναι μια από τις πιο συμβολικές ομιλίες όλων των εποχών η οποία τώρα πια περνά στην αθανασία με τον πιο ασυνήθιστο τρόπο. Ένα τμήμα της διάσημης ομιλίας «Έχω ένα όνειρο» την οποία έδωσε ο Μάρτιν Λούθερ Κινγκ το 1963 αποθηκεύτηκε μέσα στην «αλφάβητο» του DNA.

Σε έναν κόκκο άμμου!

Ο Νικ Γκόλντμαν από το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής στο Χίνξτον της Βρετανίας και οι συνεργάτες του συνέθεσαν DNA με τρόπο ώστε να κωδικοποιούνται πληροφορίες στις τέσσερις βάσεις που αποτελούν τη διπλή του έλικα (αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη).

Ο Κινγκ δίνει την ομιλία "Έχω ένα όνειρο". Civil Rights March on Washington, D.C. [Dr. Martin Luther King, Jr., President of the Southern Christian Leadership Conference, and Mathew Ahmann, Executive Director of the National Catholic Conference for Interrracial Justice, in a crowd.]

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν, όπως αναφέρουν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature», αυτά τα «γράμματα» του γενετικού υλικού προκειμένου να αποθηκεύσουν ακουστικό υλικό διάρκειας 26 δευτερολέπτων από τον λόγο του Μάρτιν Λούθερ Κινγκ, το σύνολο των 154 σονέτων του Σέξπηρ, μια ψηφιακή φωτογραφία του εργαστηρίου τους, το διάσημο άρθρο με το οποίο το 1953 οι Τζέιμς Γουότσον και Φράνσις Κρικ περιέγραψαν για πρώτη φορά τη διπλή έλικα του DNA καθώς και έναν φάκελο ο οποίος περιέχει όλο το σύστημα κωδικοποίησης των πληροφοριών που χρησιμοποίησαν. Όλες αυτές οι πληροφορίες χώρεσαν σε ποσότητα DNA που δεν ήταν μεγαλύτερη από έναν κόκκο άμμου και ήταν στη συνέχεια δυνατόν να διαβαστούν με ακρίβεια της τάξεως του 100%.

Η διαδικασία

Η φωτογραφία του Εργαστηρίου στο Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής που αποθηκεύτηκε μεταξύ άλλων στο DNA.

Πώς όμως γίνεται η κωδικοποίηση των πληροφοριών; Το σύστημα των ειδικών από τη Βρετανία χρησιμοποιεί τα ίδια τέσσερα «γράμματα» του γενετικού υλικού αλλά σε μια εντελώς διαφορετική «γλώσσα» από αυτή που «αντιλαμβάνεται» η ζωή.

Προκειμένου να αντιγραφεί ένας φάκελος, όπως ένα κείμενο, τα δυαδικά ψηφία (0 και 1) τα οποία θα αντιπροσώπευαν αυτές τις πληροφορίες σε έναν σκληρό δίσκο πρέπει αρχικώς να μεταφραστούν στον κώδικα που έχει φτιάξει η ομάδα. Στη συνέχεια μια μηχανή σύνθεσης DNA παράγει την αντίστοιχη αλληλουχία.

Δεν πρόκειται όμως για ένα μόνο μακρύ μόριο αλλά για πολλαπλά αντίγραφα τμημάτων DNA – το κάθε τμήμα φέρει πληροφορίες προκειμένου να «ξέρει» πού ακριβώς πρέπει να λάβει θέση στην αλληλουχία. Το γεγονός αυτό προσφέρει αφθονία στο σύστημα: σε περίπτωση που κάποια τμήματα χαθούν, τα στοιχεία δεν θα χαθούν μαζί τους.

Παράλληλα χρησιμοποιείται ο συμβατικός εξοπλισμός των εργαστηρίων μοριακής βιολογίας που «διαβάζει» το DNA των οργανισμών, προκειμένου να διαβαστούν οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA και να μπορούν να προβάλλονται σε οθόνη υπολογιστή.

Το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης

To DNA αποδεικνύεται ότι είναι το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης.

Το DNA θεωρείται ως το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης αρχείων καθώς μπορεί να έχει διάρκεια ζωής χιλιάδων ετών, δεν απαιτεί ηλεκτρισμό για να λειτουργήσει, ενώ δεν χρειάζεται παράλληλα να συντηρείται σε ειδικές συνθήκες (‘αγαπά’ πάντως να βρίσκεται σε σκοτεινά, κρύα και ξηρά σημεία). Όπως εξήγησε ο δρ Γιούαν Μπίρνι που συμμετείχε στην ερευνητική ομάδα «εάν διατηρήσουμε το DNA σε κρύο, ξηρό και σκοτεινό μέρος διαρκεί για πολύ μεγάλο διάστημα. Αυτό το γνωρίζουμε επειδή συχνά αποκωδικοποιούμε DNA μαμούθ πολλών χιλιάδων ετών το οποίο έχει διατηρηθεί από τύχη σε τέτοιου είδους συνθήκες».

Θεωρητικώς το DNA μπορεί να κωδικοποιήσει τεράστιους όγκους δεδομένων. Σε ένα γραμμάριο του γενετικού υλικού χωρούν περίπου δύο petabytes (1 petabyte = 1.125.899.906.842.624 bytes) – το αντίστοιχο τριών εκατομμυρίων CD. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αποτελέσει μια πολύ καλή αποθήκη για τη φύλαξη τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών όπως αυτές που παράγονται σε καθημερινή βάση στο CERN ή σε άλλα μεγάλα επιστημονικά ιδρύματα.

Απαγορευτικά ακριβή διαδικασία

Οι ερευνητές παραδέχονται βέβαια ότι το κόστος σύνθεσης του DNA στο εργαστήριο καθιστά αυτή τη στιγμή την όλη διαδικασία απαγορευτικά ακριβή, υποστηρίζουν ωστόσο ότι μελλοντικά η πρόοδος της τεχνολογίας θα κάνει την προσέγγιση πιο φθηνή αποδεικνύοντας την τεράστια αξία της για την αρχειοθέτηση στοιχείων για μεγάλο διάστημα.

Δεν είναι πάντως η πρώτη φορά που το DNA χρησιμοποιείται ως αποθηκευτικό μέσο πληροφοριών. Για παράδειγμα πέρυσι ομάδα ερευνητών στις ΗΠΑ δημοσίευσε στην επιθεώρηση «Science» τα αποτελέσματα ενός παρόμοιου πειράματος στο πλαίσιο του οποίου οι ειδικοί από τη Βοστώνη αποθήκευσαν σε DNA ένα ολόκληρο βιβλίο.

Οι κολασμένες «πλεξίδες» του Ήλιου. NASA Telescope Captures Sharpest Images of Sun's Corona

NASA's High Resolution Coronal Imager telescope, or Hi-C, captured this high-resolution shot of the sun's outer atmosphere during a 10-minute suborbital spaceflight on July 11, 2012. CREDIT: NASA

Τα πρώτα εντυπωσιακά δείγματα γραφής του έδωσε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hi-C (High-resolution Coronal Imager) που εκτοξεύθηκε τον περασμένο Ιούλιο με αποστολή την παρατήρηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στον Ήλιο και ειδικά στο στέμμα (το ανώτερο στρώμα) του μητρικού μας άστρου.

Μια από τις εντυπωσιακές εικόνες της τρομερής έκρηξης που κατέγραψε το Hi-C στον Ήλιο.

Το τηλεσκόπιο καταγράφει εικόνες υψηλής ανάλυσης και πιο συγκεκριμένα πέντε φορές υψηλότερης ανάλυσης από αυτές που έχουμε στη διάθεση μας μέχρι σήμερα από τον Ήλιο. Η NASA έδωσε στη δημοσιότητα εικόνες που κατέγραψε το Hi-C από μια πολύ ισχυρή έκρηξη που έγινε στον Ήλιο και παρήγαγε εντυπωσιακά φαινόμενα.

Παράγουν τρομερές θερμοκρασίες

Η μελέτη των νέων εικόνων από επιστήμονες της NASA αποδεικνύει την ύπαρξη στο στέμμα του Ήλιου των λεγόμενων «μαγνητικών πλεξίδων». Αυτές οι «πλεξίδες» δημιουργούνται όταν μικρές δέσμες του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου τυλίγονται μεταξύ τους εξαιτίας του πλάσματος που στροβιλίζεται στην επιφάνεια του Ήλιου. Οι ειδικοί πιστεύουν ότι οι μαγνητικές πλεξίδες αυξάνουν τη θερμοκρασία στο στέμμα - υπολογίζουν ότι κατά τη διάρκεια του φαινομένου αγγίζει τους 4 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου! Στις εικόνες που κατέγραψε το τηλεσκόπιο οι «πλεξίδες» έφτασαν σε ύψος περίπου 150 χλμ. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».

Εκπληκτική φωτογραφία του Μεγάλου Νέφους του Μαγγελάνου. Hubble Views the Large Magellanic Cloud and its Star Forming Regions

Η υπέροχη εικόνα από το Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου που κατέγραψε το Hubble. Nearly 200 000 light-years from Earth, the Large Magellanic Cloud, a satellite galaxy of the Milky Way, floats in space, in a long and slow dance around our galaxy. As the Milky Way’s gravity gently tugs on its neighbor’s gas clouds, they collapse to form new stars. In turn, these light up the gas clouds in a kaleidoscope of colors, visible in this image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope. Credit: NASA, ESA. Acknowledgement: Josh Lake

Μια ακόμη καταπληκτική φωτογραφία προσέθεσε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στην τεράστια λίστα των εντυπωσιακών εικόνων που έχει καταγράψει από το Σύμπαν. Αυτή τη φορά κατέγραψε με τον φακό του ένα υπέροχο «πλάνο» από το Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, ένα μικρό γειτονικό μας γαλαξία. Τη φωτογραφία έδωσε στη δημοσιότητα η NASA με τα στελέχη της να κάνουν λόγο για «ένα χορό των χρωμάτων».

Το Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου φιλοξενεί πολλές περιοχές γέννησης νέων άστρων. Σύμφωνα με τους ειδικούς η αλληλεπίδραση της βαρύτητας του γαλαξία μας με τα νέφη κοσμικής ύλης του Μεγάλου Νέφους του Μαγγελάνου έχει ως αποτέλεσμα τα νέφη να «καταρρέουν» προκαλώντας τη γέννηση νέων άστρων. Καθώς εξελίσσεται το φαινόμενο και τα νέφη δίνουν τη θέση τους στα νέα άστρα οι περιοχές αυτές λούζονται από λαμπρό φως που έχει πολλές αποχρώσεις δημιουργώντας αυτή την εντυπωσιακή εικόνα.

This video pans across observations of LHA 120-N11, one of these regions of glowing dust and gas with ongoing star formation. Credit: NASA, ESA. Acknowledgement: Josh Lake