Створили систему, що здатна зберігати дані в органічних молекулах протягом тисячоліть

6 Травня 2019
технології

Вчені з Гарвардського університету розробили систему зчитування та запису даних в органічні молекули. Вона дозволить зберігати інформацію протягом кількох тисячоліть.

Наука давно знає: ДНК як засіб зберігання інформації в природному світі може утримувати величезні обсяги даних в крихітному просторі. При цьому вона залишається стабільним носієм, виживаючи протягом тисячоліть в правильних умовах. Однак у ДНК є ряд обмежень, які не досі не дозволяли дослідникам використовувати її в якості носія записаної інформації.

Щоб подолати ці труднощі, дослідники з Гарварду замість ДНК використовували олігопептиди – органічні молекули, що складаються з різної кількості амінокислот. Основою процесу є мікропланшет, металева пластина з 384 крихітними лунками. Різні комбінації олігопептидів поміщають в кожну лунку, щоб записати один байт інформації.

Метод побудований на бінарній системі: якщо конкретний олігопептид присутній, він читається як 1, а якщо його немає – це 0. Код в кожній лунці може відповідати одній букві або одному пікселю зображення.

Під час тестів вченим вдалося записати, зберегти і прочитати 400 Кб даних, включаючи стенограму лекції, фотографію і картину. За словами команди, середня швидкість записування становить 8 біт на секунду, а читання займає 20 біт в секунду, з точністю до 99,9%.

В майбутньому ця технологія дасть змогу записувати грандіозні об’єми інформації, яка буде безпечно зберігатися тисячоліттями. Подальші дослідження тривають.

6 Травня 9:16
технології
Найцiкавiше на сайтi

Редагуй як бог: технологія зміни геному CRISPR-Cas9

За цю технологію ведуться патентні війни між корпорацією ІМТ і Каліфорнійським університетом. Білл Гейтс інвестує у стартап, який допоможе завдяки їй змінити людство. Дженіфер Лопес продюсує кримінальний серіал про її розвиток. Знайомтеся: у спецтемі «Ідеї» – CRISPR-Cas9, високоточна система редагування геному.

Передісторія. Уявімо кишкову паличку. У різних штамів цієї бактерії є різна кількість генів, але переважно їх 4200 – зовсім небагато. І з усім цим щастям паличка повинна вижити сама і ще й розмножитися. Зрозуміло, що вона ставиться до свого геному економно й абищо там не триматиме. Але у 1980-х роках під час розшифровування її геному вчені раптом знайшли, здавалося б, беззмістовну послідовність: мало того, що вона складалася з фрагментів ДНК, що повторювалися багато разів, так ще й нічого не кодувала.

Ці послідовності назвали CRISPR – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (короткі паліндромні повтори, регулярно розташовані групами). У різних штамів бактерій ці послідовності відрізнялися. Що вони роблять, ніхто до кінця не розумів, але їх почали застосовувати як маркери: наприклад, компанія з виробництва ензимів і біопродуктів Danisco, щоб запобігти «крадіжці» цінних штамів молочнокислих бактерій для виготовлення закваски.

Прийшли 2000-і і вчені вирішили порівняти CRISPR-послідовності та вже наявні послідовності в ДНК-базах. Виявилося, що CRISPR схожі на геноми вірусів. Відкриття описали у кількох низькорангових журналах і ним ніхто не зацікавився. Тоді ж поруч з CRISPR-послідовностями виявили Cas-гени (Cas – CRISPR associated protein, або CRISPR-асоційований білок).

Група вчених зробила припущення, що білки групи Cas розпізнають вірус завдяки наборам CRISPR-спейсерів (унікальних послідовностей): як тільки РНК з CRISPR збігається з генним матеріалом вірусу, запускається «імунна реакція». Ба більше, у вже згадуваній компанії Danisco провели експеримент: у геном бактерії вбудували нову CRISPR – і вона стала стійкою до вірусу, геном якого повторювала ця CRISPR. Результати опублікували вже не абиде, а в журналі Science.

Проблема. Уся інформація про те, як функціонує наш організм, записана в генах. Літерами A, G, T, C позначають нуклеотиди, з яких складається ДНК. 6,4 млрд нуклеотидів – і навіть однієї помилки достатньо, щоб спричинити генетичне захворювання. Це і синдром Дауна, і серповидноклітинна анемія, і гемофілія, і рак, і ще дуже багато не таких відомих хвороб, спричинених мутаціями, які руйнують життя неймовірній кількості людей.

Ідея. У вчених виникла думка: чому б не боротися з генетичними хворобами, зігравши на випередження – змінюючи ДНК людини ще до народження? Серед групи білків Cas найбільш універсальним виявився Cas9. Для досягнення мети вирішили використати саме поєднання CRISPR і Cas9. І технологія не підвела.

Рішення. Експерименти з CRISPRCas9 успішно проводили на бактеріях та в умовах in vitro («у пробірці»), а у 2013 році технологія вийшла на новий рівень – CRISPRCas9 запрацював у клітинах еукаріотів (організмів, у чиїх клітинах є ядро – як у людей). А ще через два роки сталося те, що здавалося неможливим: китайські вчені опублікували статтю, де описали свій успішний експеримент з редагування геному людського ембріона. Їм вдалося виправити ген, який відповідав за бета-таласемію (синтез аномального гемоглобіну, що спричиняє анемію).

Якби ембріон вирішили розвивати далі, цілком могла б народитися здорова дитина. При цьому точність редагування була дуже низькою, наукова спільнота відреагувала неоднозначно. Але у 2016 році вчені з США звели вірогідність помилки редагування до нуля і всі визнали – тепер ми можемо змінювати геном людини. Це стало найбільшим науковим відкриттям останніх десятиліть. (Ми вже писали про те, які етичні проблеми ставить перед людством це відкриття.)

Технологія. Як працює CRISPRCas9? У живу клітину система потрапляє завдяки «упаковці» з нешкідливих вірусів, що дозволяють проходити крізь мембрани. ДНК людини – дволанцюгова спіраль, що складається нуклеотидів. РНК, що є в CRISPRCas9, називають «гідом» – місце, де має відбутися розрив (усього 20-30 нуклеотидів) вона впізнає завдяки комплементарності. Комплементарність – це здатність одних нуклеотидів (A, G) «впізнавати» інші (T, C) й утворювати з ними специфічні стійкі пари, що не дають «розплутатися» спіралі з двох ланцюгів ДНК.

За допомогою ферменту Cas9 зв’язки «розрізаються» і непотрібний фрагмент вилучається. Розрив відновлюється за рахунок природних процесів репарації ДНК під час поділу клітини (при диплоїдному наборі хромосом, коли в кожної є пара, яка підставить дружнє хромосомне плече допомоги) або ж правильний фрагмент ДНК вносять разом з системою CRISPRCas9 (при гаплоїдному наборі, коли кожна хромосома є тільки в одному екземплярі).

Що далі? Зараз різні системи CRISPRCas9 використовують у найрізноманітніших цілях: для затримки розвитку бокового аміотрофічного склерозу (хвороба, на яку страждав Стівен Хокінг), для лікування міодистрофії Дюшенна, раку, анемії та «очищення» від ВІЛу (елімінація – усунення вірусу з клітини). А завдяки CRISPR-Cas13 (з іншим білком групи Cas) учені навчилися «вимикати» гени.

За допомогою CRISPRCas9 відтворюють фільми, внутрішні органи свиней роблять придатними для трансплантації людині, диференційовані клітини перетворюють на стовбурові. Під дією технології «відредаговані» томати не потребують запилення для розмноження, а мурахи перестають реагувати на інших членів колонії, натомість обираючи самітне існування. Хоча до самого методу є багато запитань з етичної точки зору і називати його панацеєю ще рано, ми точно стали на поріг медичної революції та маємо шанс пересмислити усе людське існування.

Страшний світ ґаджетів і технологій: що ми дізналися про себе через них

Боятися інновацій – це доля луддитів. У ХХІ столітті в такому навіть зізнаватися соромно, але й беззастережно кидатися у вир технологічних новинок – сумнівний подвиг. Ми зібрали матеріали, які дозволяють глибоко вдихнути та поглянути зі сторони, куди нас ведуть технології. Можливо, вам туди й не треба.

Homo smartphonikus: як ґаджети стали частинами нашого тіла


Антрополог Матеуш Халава розмірковує про те, як ми стали людством смартфонів: що вони змінили у нашій поведінці, чи можна сьогодні в принципі бути самотнім та чому наші прадіди не переживали тієї «тривоги незнання», яка з’являється із вимкненим телефоном.

«In M we trust»: як світ підсів на смартфони і що це змінило в медіа, продажах і політиці


Три речі, на які молиться сучасний діджитал-світ, три історії мобільності: mCommerce, mElections і mMedia. Керівник цифрової агенції Postmen Ярослав Ведмідь розповідає, звідки взялися ці тренди і що нам із ними робити.

Time Well Spent: чому сповіщення крадуть наш час і як їх перемогти


У середньому людина перевіряє смартфон 150 разів на день. Десятки сповіщень, повідомлень, віконець, іконок, цифр та червоних кружечків… Інколи здається, що технології повністю взяли нас під контроль. Але ідеологи руху Time Well Spent вважають, що цьому можна зарадити. Вони закликають змінювати сервіси таким чином, щоб вони не відволікали людей, а допомагали їм сфокусуватися на важливому. І це можливо – ми перевірили на власному досвіді.

Біду наклікали: які дані ми віддаємо інтернету та чому це небезпечно


Сьогодні вже нікого не треба переконувати, що інформація, яку ми добровільно розміщуємо в мережі, може бути доступна будь-кому. Але є ще дещо. Якого роду досьє на нас зберігається на серверах Google, Facebook, Instagram, WhatsApp, Apple, Viber, «Нової пошти» або Uber? Часто ми не замислюємося над тим, які обсяги даних вони контролюють і – найголовніше – як можуть їх використовувати. Розбираємося, як же так сталося.

Беду накликали: какие данные мы отдаем интернету и почему это опасно

В эпоху смартфонов, приложений и геолокации информация о любом человеке доступна в сети на расстоянии двух кликов. Это его интересы, путешествия, и даже истории взаимоотношений с противоположным полом. Но кроме данных, которые человек размещает сам, в той или иной степени осознавая, что он делает эту информацию публичной, есть и другое. Мы мало представляем себе, какого рода досье на нас хранится на серверах Google, Facebook, Instagram, WhatsApp, Apple, Viber, «Новой почты» или Uber. Да, мы подозреваем, что эти компании знают о нас многое. Но часто не задумываемся над тем, какие объемы данных они контролируют и, самое главное, как могут их использовать. Platfor.ma разбиралась, как же так.

В сентябре 2017 года французская журналистка Юдит Дюпорталь запросила у сервиса Tinder все данные, которые он хранил о ней и ее активности. Компания ответила на запрос, прислав 800-страничный документ с подробнейшей информацией. В документе содержалась вся активность журналистки на сайте с момента регистрации в 2013 году, включая даты авторизации, отправленные сообщения, лайки из Facebook и многое другое.

Уже в феврале этого года журналист из Новой Зеландии Ник Вайгам решил проанализировать, какие данные хранятся в его профайле в соцсети Facebook. Среди этих файлов он нашел не только всю историю сообщений, но и личные документы, в том числе счета за квартиру и даже старые видеоролики. Позже выяснилось, что соцсеть хранит еще и контакты всех людей, которым звонили пользователи Android.

Facebook одним из первых позволил своим пользователям просмотреть такую информацию. Скачать ее не так уж сложно – Facebook не прячет эти данные и прямо на главной странице настроек можно найти ссылку «Скачать копию ваших данных на Facebook». Вот она. Размер файла с данными зависит от длительности и активности использования социальной сети, но в любом случае в нем вы найдете все фото, сообщения, пересылаемые документы и размещенные записи в своем профайле.

Например, мой архив за восемь лет активного использования соцсети составил 200 мегабайт. Там можно найти не только фотографии и все свои записи, но еще и истории сообщений, а также список контактов с номерами телефонов людей, с которыми вы общаетесь. Если на телефоне установлено приложение Facebook Messenger, то в скачанном архиве обнаружатся еще и метаданные об отправляемых и получаемых СМС.

Не менее интересным будет и архив Google, который поисковая система тоже предлагает скачать всем желающим. Размер этого архива для меня составил более 8 гигабайт, правда, львиную долю в нем занимает содержимое электронной почты Gmail. А кроме того, все фото, сообщения и, самое интересное, история посещений и история пользования картами.

Крупные компании, построившие свой бизнес на хранении и управлении пользовательскими данными, позволяют скачивать эти архивы и, при желании, удалять информацию о себе, равно как и свои аккаунты. Другое дело, что удаленная информация будет еще полгода хранится на серверах этих компаний, но таковы требования американского законодательства, в соответствии с которыми работают Facebook и Google.

А вот какие данные о своих пользователях берегут крупные украинские сайты и возможно ли удаление зарегистрированного на них аккаунта.

«Новая почта» хранит номер телефона и город регистрации, указанные самим пользователем, на странице клиента может размещаться список операций, можно указать карту для получения денежного перевода. Возможности удалить аккаунт нет, по крайней мере, она не очевидна и кнопка для этого действия не видна.

Интернет-магазин «Розетка» хранит данные клиента после его заказа – адрес, телефон, e-mail. Есть в акаунте и множество других полей (про детей, животных, автомобиль, увлечения), но их заполнение не является обязательным. Удаление аккаунта также неочевидно, если оно и есть (нам найти не удалось), то клиенту нужно будет потратить время, чтобы обнаружить ту самую кнопку.

Авторы портала электронных петиций на сайте президента Украины – одни из немногих, которые при регистрации предлагают пользователям согласиться с тем, что их персональные данные будут обрабатываться. Но чтобы завершить регистрацию, нужно воспользоваться либо электронно-цифровой подписью, либо идентификатором Bank ID – возможностью идентифицировать себя с помощью своей банковской карты Приватбанка либо Ощадбанка. Есть еще третий способ – с помощью своего идентификационного кода, но на его использование нужно два дня.

Еще один неудаляемый аккаунт – почта на ukr.net, разработчики которой тоже не особенно побеспокоились о том, чтобы рассказать, какая информация о пользователе хранится и как удалить аккаунт. А вот раздел «Конфиденциальность» написан сухим языком юридических документов, напоминающих длинные «простыни» банковских документов, которые хочется быстрее подписать и отдать клерку. Слова «Володілець» и обороты типа «знеособлені дані для таргетингу рекламних та/або інформаційних матеріалів» могут напугать человека, не разбирающегося в тонкостях интернет-рекламы. Удалить аккаунт тоже не так и просто.

В целом украинские компании работают с данными не так уж прозрачно и понятно, а, главное, очень рады зарегистрировавшемуся пользователю, но не особенно хотят давать ему возможность перестать быть их клиентом.

Читать подано: 10 умных книг о том, как управлять миром или хотя бы самим собой

13 Жовтня 2015

Преподаватель Института международных отношений и Висконсинского международного университета Глеб Буряк написал для Platfor.ma о том, как человеком управляют до сих пор неизвестные нам процессы. И предложил десять книг, которые позволят хотя бы попытаться понять, кто мы и зачем.

Компьютерами управляют демоны. Так называют фоновые программы, работу которых пользователи не видят. То есть вы водите пальцем по экрану телефона, он отзывается картинками и звуками, но сложные расчёты и сценарии работы надёжно скрыты инженерами-создателями от наших глаз.

Протагонист лучшего сериала года «Мистер Робот» хочет запрограммировать демонов международной финансовой системы и обнулить человечество до доисторических времен. Он сравнивает компьютерные демоны с человеческими и не находит разницы: «Как программа, работающая в фоновом режиме, пока вы заняты чем-то другим. Их называют демонами, они действуют без участия пользователя. Наблюдение, запись, уведомление, примитивные импульсы, подавленные воспоминания, бессознательные привычки – они всегда рядом, всегда с вами. Мы пытаемся быть правильными, пытаемся быть хорошими, пытаемся изменить что-то, но это всё фигня. Побуждение ничего не значит, не они управляют нами, а демоны».

Мы говорим, у нас есть сознание, хотя даже не знаем, что это. Нам кажется, что у нас есть свободная воля и желания, есть интеллект, которым мы осознаём себя и мир. А что, если мы всё-таки роботы? Сама жизнь закладывает в наше поведение сценарии, которые мы распознать не в состоянии. Сценарист Федерико Феллини Тонино Гуэрра жаловался на избыточное курение: «…раньше я выкуривал ни много ни мало восемьдесят сигарет в день, из них, говоря по правде, сознательно я выкуривал не более десяти штук. Остальные семьдесят выкуривались как-то сами собой, я даже не замечал, каким образом. Кто курил мои сигареты, не знаю, где и когда я мог их выкурить, ума не приложу… тело развлекалось на все сто, а я им не управлял. Раньше я не обращал на это внимания, теперь стал следить за собой, но, замечая поступки, совершенные помимо своей воли, я испытываю страх».

В XXI веке мы подошли к пониманию работы мозга и физического объяснения воли и сознания. Подумать только, мы построили цивилизацию, полетели в космос, создали искусственный интеллект, но до сих пор не можем объяснить, чем мы это всё сделали. Мы движемся вперёд на ощупь, методом проб и ошибок, не зная, что природа подкинет нам в каждый следующий раз.

Древним людям с неопределённостью помогала справляться религия. Вера во всемогущество бога давала ответы сразу на все вопросы, и учёным приходилось шаг за шагом вытеснять бога физикой. Парадоксально, что работу своего мозга даже атеисты вынуждены принимать на веру, а недавние достижения нейронауки доказывают предположения самых древних религий.

Джайнисты три тысячи лет назад сочли человека безнадёжно ограниченным и потому недостойным уверенности в чём-либо. Если тело ограничено пятью чувствами, то мы видим только отражение этих чувств, а весь мир – лишь модель и конечной правды не существует. Вселенная призрачна, потому джайнисты на всякий случай с уважением относятся ко всем прочим религиям – у каждого свои иллюзии.

Наука же не станет ни с кем заигрывать, учёные верят в правду и реальные факты. Немецкий исследователь сознания Томас Метцингер добился невозможного: сложил картинку из современных знаний о работе мозга и пришёл к выводу, что мир действительно иллюзорен. Правы джайнисты, правы фанаты «Матрицы», прав Григорий Сковорода: «А как на подлых камнях, так еще больше не велю тебе строиться на видимостях. Всякая видимость есть плоть, а всякая плоть есть песок, хотя б она в поднебесной родилась; все то идол, что видимое».

Каждый из нас строит собственную иллюзию, исходя из опыта и полученных знаний. Почти всегда мы делаем это несознательно, мы программируем своих демонов и затем незаметно подчиняемся им. Хотелось бы найти идеальную программу и установить её на каждого человека, но ни один человек в мире не способен охватить весь опыт. Наши советы опираются на своё личное прошлое, а рекомендации любимых книг ограничены лишь тем, что мы прочли.

Я также предлагаю свой опыт – книги о том, что происходит внутри человека. Принятие решений – это безостановочный процесс, миллионы алгоритмов шумят в наших головах. Как разобраться в этом шуме?

Самый цитируемый из ныне живущих учёных, Хомски считает общение трансформацией символов. Наши идеи – глубинные структуры, наша речь и поведение – поверхностные, а человек лишь тем и занимается, что превращает одни в другие. Публикация далёкого 1957 года сегодня читается скучно, но именно эта работа положила начало инженерии знаний и дала толчок многим другим наукам.