კაცობრიობის ისტორიის მანძილზე, ადამიანი მუდამ იგონებდა ინფორმაციის ჩაწერის (თუ „შენახვის“) ახალ-ახალ საშუალებებს − თიხის ფილებითა და ხარის ტყავით დაწყებული, კომპაქტდისკებითა და კომპიუტერით დამთავრებული. თუმცა, ადრე თუ გვიან ყოველი ახალი საშუალება ძველდება და გამოუსადეგარი ხდება. ამიტომ მკვლევრები ცდილობენ, მოძებნონ უფრო გამძლე გზა მონაცემთა ბანკის შესაქმნელად, მაგალითად ალმასები და დნმ-იც კი.
შვეიცარიელმა მეცნიერებმა შეიმუშავეს მეთოდი, რომლის მეშვეობითაც შესაძლებელი ხდება მონაცემების შენახვა დნმ-ში, რომელსაც ათავსებენ სინთეტიკურ ნიადაგში, რის შემდეგაც ინფორმაცია, მეცნიერთა მტკიცებით, ათასწლეულობით შეინახება.
„აღფრთოვანებას იწვევს უძველესი, ასი ათასი წლის წინანდელი ინფორმაციის არსებობა დნმ-ში. ეს მოწმობს, რომ დნმ-ი არის მეტად სტაბილური მასალა, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს ბუნების ზეგავლენას ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში“, ამბობს რობერტ გრასი, ციურიხში მოქმედი შვეიცარიის ფედერალური ტექნიკური ინსტიტუტის ქიმიისა და გამოყენებითი ბიომეცნიერების განყოფილების უფროსი მეცნიერ-თანამშრომელი.
იმისთვის, რათა ინფორმაციის მატარებელი დნმ-ის შენახვა მოხდეს, საჭიროა მისი მოთავსება სინთეტიკურ „ნიადაგში“, რომელიც მიკროსკოპული კვარცისგან არის შექმნილი, დიამეტრით დაახლოებით 150 ნანომეტრი. დნმ-ი საოცრად გამძლეა და დიდხანს ინახება, თუ მოთავსდა ცივ, მშრალსა და ბნელ გარემოში.
მეცნიერებმა მოახდინეს დროის მოკლე მონაკვეთში დნმ-ის დეგრადაციის სიმულირება - ერთი თვის განმავლობაში ის მოათავსეს გარემოში, სადაც ტემპერატურა ცელსიუსით 60-დან 70 გრადუსამდე მერყეობდა. ამით მათ სულ რამდენიმე კვირაში განახორციელეს ქიმიური დეგრადაციის ის პროცესი, რომელსაც ბუნებრივ პირობებში ასობით წელი დასჭირდებოდა. კვარცი, რომელშიც დნმ-ი იყო მოთავსებული, საკმაოდ გამძლე გამოდგა. მეცნიერებმა გამოიყენეს ფთორის ხსნარი, რომელმაც ადვილად გამოაცალკევა კვარცისგან დნმ-ი - ისე რომ ინფორმაცია არ დაზიანებულა.
დნმ-ის წარმატებულ დეკოდირებას ერთგვარი დაზღვევა სჭირდებოდა. ციურიხის ტექნიკური ინსტიტუტის თანამშრომლის, რაინჰარდ ჰეკელის შექმნილმა ახალმა ალგორითმებმა გააჩინა ინფორმაციის „სათადარიგო შრეები“, რათა მონაცემთა ნაწილის დაზიანების შემთხვევაში, შესაძლებელი გამხდარიყო ინფორმაციის აღდგენა.
ახლა კი, ისტორიაში პირველად, მეცნიერებმა შეძლეს მოკლე ფილმის კოდირება ცოცხალი უჯრედების დნმ-ში.
საუბარია ედვარდ მაიბრიჯის 1872 წელს შექმნილ ფილმზე, რომელიც შედგება მორბენალი ცხენის ფოტოსურათებისგან. ის ბაქტერიის გენომში მოათავსა ჰარვარდის სამედიცინო სკოლის ნეირომეცნიერმა, სეთ შიპმანმა.
ინფორმაციის ჩაწერა დნმ-ში არცთუ ისე რთული აღმოჩნდა. კომპიუტერში მონაცემების ციფრული შენახვა შესაძლებელია 0-ისა და 1-ის კომბინაციების მეშვეობით. დნმ-ს კი 4 აზოტოვანი ფუძე აქვს: ადენინი, გუანინი, ციტოზინი და თიმინი, რაც დნმ-ში ქმნის ერთგვარ ოთხმონაცემიან კოდს. ინფორმაციის ჩასაწერად საჭიროა, რომ ნულიანებისა და ერთიანების კომბინაციებს შეესაბამებოდეს ოთხი აზოტოვანი ფუძის კომბინაციები.
შიპმანმა და ჰარვარდის სამედიცინო ინსტიტუტის პროფესორმა, ჯორჯ მაკდონალდ ჩერჩმა, კოლეგებთან ერთად ჯერ ვიდეო GIF-ფორმატში მოათავსეს, ხოლო შემდგომ თითო კადრის პიქსელს მიუსადაგეს დნმ-ის კოდი, ნაცრისფერი ტონალობის მიხედვით. დნმ-ის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობით დალაგების შედეგად მეცნიერებმა მოახერხეს სურათის გაშიფვრა 90%-იანი სიზუსტით.
ამ კვლევის დროს შიპმანი და მისი კოლეგები დაფიქრდნენ, არის თუ არა შესაძლებელი უფრო უცნაური რამის მიღწევა: მაგალითად, ბაქტერიის ისე დაპროგრამება, რომ ადამიანის უჯრედების ქცევა და მოქმედება ჩაიწეროს დნმ-ში და ამით შეიქმნას ერთგვარი „ფილმი“ ადამიანის თითოეული უჯრედის ცხოვრებაზე.
ადამიანის დაავადების შემთხვევაში, შესაძლებელი იქნება ორგანიზმიდან ბაქტერიის გამოყვანა და დნმ-ში არსებული ჩანაწერის წაკითხვა. პროფესორ ჩერჩის თქმით, ამას დაახლოებით ისეთივე დანიშნულება ექნება, როგორიც თვითმფრინავის შავ ყუთებს აქვს ავიაკატასტროფის შემთხვევაში მონაცემების შესამოწმებლად.
„ჯერჯერობით, ეს ყველაფერი სამეცნიერო ფანტასტიკის სფეროს განეკუთვნებაო“, ამბობს ედუარდ ბირნი, ევროპის ბიოინფორმატიკის ინსტიტუტის დირექტორი და იმ გუნდის ხელმძღვანელი, რომელმაც შექსპირის სონეტები ჩაწერა დნმ-ში. სამაგიეროდ, ბირნისავე თქმით, ინფორმაციის დნმ-ში ჩაწერა უკვე სამეცნიერო ფანტასტიკის რეალიზებული მხარეა.
ზოგიერთი მეცნიერი ვარაუდობს, რომ მალე ეს ყველაფერი რეალობად იქცევა. ისინი უკვე განიხილავენ ახალ შესაძლებლობებს, რომლებიც ამ პროცესს შეიძლება მოჰყვეს, როგორიცაა, მაგალითად, საიდუმლო ინფორმაციის შენახვის ახალი ფორმა. მეცნიერთა თქმით, შეუძლებელი იქნება ბაქტერიის გენომში მოთავსებული საიდუმლო ინფორმაციის გაკონტროლება
„ამჟამად ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ თითო ნეირონის გაზომვა ელექტროდების მეშვეობით, შეუძლებელია 86 მილიარდი ელექტროდის მოთავსება ადამიანის ტვინში. მაგრამ ერთი გენეტიკურად მოდიფიცირებული ბაქტერია იქ მშვენივრად ჩაეტევაო“, ამბობს პროფესორი ჩერჩი.
ამ მოქმედების არსი იმაშია, რომ ხელოვნურად გამოყვანილი ბაქტერია, როგორც ერთგვარი 'ჩამწერი მოწყობილობა', ტვინში სისხლის მეშვეობით მოხვდეს და ისე 'შეაგროვოს ინფორმაცია'. ამის შემდეგ მეცნიერები ორგანიზმიდან გამოიყვანენ ბაქტერიას, რათა შეამოწმონ მისი დნმ-ი და ის ინფორმაცია, რომელიც ბაქტერიამ ნეირონებიდან მიიღო.
კითხვაზე, თუ როგორ აპირებს ის ბაქტერიის გაკონტროლებას, პროფესორი ჩერჩი გვეუბნება:
„ბაქტერიები აკონტროლებენ თავიანთ ნუკლეინის მჟავის კომპონენტებს გარემო სიგნალებიდან გამომდინარე, რაც აისახება ქემოტაქსისში. ამ პრინციპზე დაყრდნობით ჩვენ ისე დავაპროგრამებთ ბაქტერიას, რომ მან რეაქცია მოახდინოს სიგნალებზე, რომლებსაც გამოსცემენ სინაფსები, ან ნეირონის სხვა კომპონენტები. ამგვარად ბაქტერიები შეძლებენ აღიქვან იზოცელულური (ანუ იმავე ან მსგავსი ზომის უჯრედებისგან შემდგარი) მონაცემები. პირველი ნაბიჯი ეს იქნება.“
პროფესორმა ჩერჩმა და მისმა გუნდმა თავის დროზე უკვე დაამტკიცეს, რომ ბაქტერიას შეუძლია უჯრედებში არსებული დნმ-იდან ინფორმაციის 'გადაწერა', თუკი დნმ-ი მონიშნულია.
ჩვენთან საუბარში მეცნიერმა დაამატა, რომ, მიუხედავად იმისა, რომ გენეტიკურად გამოყვანილი ბაქტერია, შესაძლოა, საზიანო გამოდგეს ადამიანის ორგანიზმისთვის, მის გუნდს აქვს დიდი ხნის გამოცდილება ბიოშეკავების სფეროში, რაც გულისხმობს ბაქტერიებისთვის გამრავლების უნარის მოსპობას.
არც ერთი ნახსენები იდეის განხორციელება არ სურს სეთ შიპმანს. „ამ მეთოდს იმისთვის არ ვიყენებთ, რომ ფილმები ან ვიკიპედია მოვათავსოთ ბაქტერიაშიო, ამბობს მეცნიერი. მას უნდა, რომ ამ მეთოდით შესაძლებელი გახდეს ტვინის ნეირონების უფრო სრულყოფილი შესწავლა. მისი მიზანია, უჯრედები ჩამწერ მოწყობილობებად გადააქციოს. მინდა, რომ უჯრედების მეშვეობით შევძლოთ იმ ბიოლოგიური და ეკოლოგიური ინფორმაციის ჩაწერა და გაანალიზება, რომელიც ჯერ არ მოგვეპოვებაო, ამბობს შიპმანი. მისივე თქმით, ამას დრო დასჭირდება. მაგრამ მიზნისკენ გადადგმული პირველი დიდი ნაბიჯია იმის დამტკიცება, რომ უჯრედებში შესაძლებელია მნიშვნელოვანი ინფორმაციის ჩაწერა.
მართალია, შიპმანს ყურადღება ჯანდაცვაზე აქვს გამახვილებული, აშკარაა პროექტის ტექნოლოგიური პოტენციალიც. „მაიკროსოფტის“ კორპორაციამ უკვე გამოაცხადა, რომ ათწლეულის ბოლოსთვის აპირებს ინფორმაციის შესანახი დნმ-ის მოწყობილობების გამოშვებას. პროფესორი ჩერჩი მიესალმება „მაიკროსოფტის“ ამ ნაბიჯს. ის იმედოვნებს, რომ დნმ-ის ფასი რამდენიმე მილიონით დაიკლებს, რათა დნმ-ის მონაცემთა ბანკი კონკურენტუნარიანი გახდეს სხვა საარქივო საცავებთან შეჯიბრებაში. მეცნიერის განმარტებით, „ეს არის ამ პროექტის ორი შტო: ბიოლოგიური ჩაწერა და მონაცემთა ჩაწერა, თუმცა არსებობს მესამეც, რომელიც ამ ორს შორისაა. ის იყენებს ბიოლოგიურ სისტემებს გამოსახულებათა აღრიცხვისათვის, რასაც ბევრი ბიოლოგიური სისტემა დიდი ხანია აკეთებს, თუმცა ჩვენ პირველად ჩავწერეთ გამოსახულება დნმ-ში. ამგვარად ვიღებთ ანალოგურ მონაცემთა ბაზას დნმ-ის სახით, სადაც შეგვიძლია ანალოგური, ან აუდიოვიზუალური მონაცემების შენახვა.“
მეცნიერთა თქმით, დნმ-ი არა მხოლოდ ათასჯერ მეტ ხანს ძლებს სილიკონის მოწყობილობასთან შედარებით, არამედ შეუძლია კვადრილიონი ბაიტის მოცულობის მონაცემთა შენახვა ერთ კუბურ მილიმეტრში. ეს იმას ნიშნავს, რომ შესაძლებელი იქნება დღემდე ისტორიაში გადაღებული ყველა კინოფილმის შენახვა შაქრის კუბის ზომის მოწყობილობაში. ვარაუდობენ, რომ ამით შესაძლებელი გახდება ინფორმაციის შესანახი ცენტრებიდან ენერგიის ხარჯვის მკვეთრი შემცირება.
ამ საკითხზე პროფესორმა ჩერჩმა გვითხრა, რომ დნმ-ის საცავების შექმნა საკმარისი არ იქნება, თუ ისინი ვერ იმოქმედებენ სწრაფად და ფეხს არ აუწყობენ თანამედროვე კომპიუტერებს. გარკვეული სკეპტიციზმის მიუხედავად, მეცნიერი მიიჩნევს, რომ მალე კომპიუტერებიც შეძლებენ მოლეკულური სიზუსტითა და მასშტაბით მუშაობას.
მასალა მოამზადა რადიო თავისუფლების პრაქტიკანტმა ნოდარ ფხალაძემ
დაწერეთ კომენტარი