Wilk straszny – naukowcy wskrzesili prehistoryczny wymarły gatunek

Amerykańska firma biotechnologiczna ogłosiła, że za pomocą narzędzi inżynierii genetycznej stworzyła wilki, które mają posiadać cechy prehistorycznego, wymarłego ponad 10 tysięcy lat temu gatunku o nazwie wilk straszny – przekazała agencja Associated Press.

Jak wyglądał wilk straszny?

.Firma Colossal Biosciences poinformowała, że trzy szczenięta w wieku od trzech do sześciu miesięcy przebywają obecnie w „bezpiecznym miejscu”, którego lokalizacji nie ujawniono. Według dziennika „New York Times” są wśród nich dwa samce – Romulus i Remus – oraz samica o imieniu Khaleesi.

Wilki straszne były znacznie większe niż wilki szare, ich najbliżsi żyjący kuzyni. W ostatnich latach zyskały popularność z uwagi na serial telewizyjny „Gra o tron”.

Naukowcy z Colossal przebadali DNA wilków strasznych z zęba sprzed 13 tys. lat i fragmentów czaszki sprzed 72 tys. lat, znalezionych na terenie USA. Następnie zmodyfikowali geny wilka szarego i przenieśli ten materiał genetyczny do komórki jajowej psa domowego.

Colossal twierdzi, że stworzone przez nią wilki to „pierwsze na świecie zwierzęta skutecznie ożywione po wyginięciu”. Niezależni naukowcy cytowani przez AP są jednak ostrożniejsi.

„Obecnie można jedynie sprawić, że coś będzie z wierzchu wyglądało jak coś innego, a nie w pełni ożywiać wymarłe gatunki” – powiedział biolog z Uniwersytetu Buffalo Vincent Lynch, który nie brał udziału w tych badaniach.

Z punktu widzenia informatyki DNA jako potencjalne medium przechowywania danych ma wspaniałe właściwości 

.W wieku XXI obserwujemy znaczące przyspieszenie generowania różnego typu danych, dotyczących wszystkich aspektów naszego życia. Powstaje potrzeba ich archiwizacji. Chcemy przechowywać pliki tekstowe, graficzne, muzyczne, filmy, duże zbiory danych i całe systemy operacyjne, wykorzystywane od telekomunikacji, poprzez prognozowanie zjawisk klimatycznych, dokumentację medyczną, aż do dotyczących funkcjonowania firm czy jednostek administracyjnych.

Same informacje pozyskiwane przez naukowców przyrastają w ostatnich latach w tempie wykładniczym. Prognozy Samsunga wskazują na wzrost wolumenu danych w najbliższych latach do astronomicznych rozmiarów 175 ZB (zettabajtów = 175 tryliardów (1021) bajtów) w roku 2025. Istniejące technologie i systemy pamięci półprzewodnikowych, magnetycznych i innych mimo niezwykłych osiągnięć w zmniejszaniu ich rozmiarów wydają się niewystarczające do obsługi tak wielkich objętości danych. Opracowanie nowych technologii o ogromnych możliwościach, dotyczących takich parametrów, jak pojemność, szybkość dostępu/odczytu i zapisu, staje się w dzisiejszej dobie konieczne dla dalszego postępu i stworzenia nowych repozytoriów danych cyfrowych.

Przechowywanie tak dużej ilości danych, możliwość ich kopiowania, przekazywania oraz skuteczne mechanizmy kontroli ich poprawności i korekty błędów – to naturalne cechy kwasu dezoksyrybonukleinowego, DNA. Gdy dodamy do tego, że DNA można wyizolować i poznać jego sekwencję (czyli zakodowaną w nim informację), nawet jeśli pochodzi z dobrze zakonserwowanych skamielin sprzed tysięcy lat, to mamy nośnik idealny. I DNA jest idealnym nośnikiem danych biologicznych, czego dowodem są wszystkie organizmy żywe na świecie. Nic więc zatem dziwnego, że coraz częściej upatruje się w DNA alternatywnego nośnika danych cyfrowych.

Wychodząc naprzeciw współczesnym wyzwaniom, zaczęto poszukiwać nowych rozwiązań dla pamięci o dużej gęstości, długim czasie przechowywania i niskiej cenie. Właściwości DNA, jego gęstość fizyczna i duża trwałość w znacznym stopniu spełniają wymagania dotyczące długoterminowego przechowywania dużych zbiorów danych. Prowadzone dotąd analizy ogromnych ilości danych dotyczących DNA oraz funkcjonalnych właściwości związanych z sekwencjonowaniem prowadzą nie tylko do zrozumienia mechanizmów przechowywania informacji w strukturach tego typu i ich powiązania z działaniem organizmów żywych. Badania te zwróciły też uwagę na całkiem nowe możliwości oraz doprowadziły do sformułowania nowych hipotez i problemów badawczych, w szczególności w dziedzinie informatyki. Pokazanie możliwości edycji genomów z wykorzystaniem technologii CRISPR-Cas(Nagroda Nobla dla J. Doudna i E. Charpentier) uruchomiło intensywne badania w dziedzinie biologii molekularnej, Natychmiast pojawiły się również hipotezy dotyczące możliwości zapisudowolnych danych cyfrowych w oparciu o sekwencje DNA.

Warto wspomnieć, że sama idea przechowywania danych w DNA pojawiła się dość dawno i wyprzedziła mocno możliwości technologiczne. Pierwsze pomysły takiego wykorzystania DNA datuje się na lata 50. XX wieku, ale faktyczną próbę wdrożenia tego rozwiązania przypisuje się Joe Davisowi, naukowcowi z Massachusetts Institute of Technology (MIT), który w latach 80. XX wieku, łącząc sztukę z nauką, postanowił zapisać w DNA starożytną germańską runę oznaczającą życie (projekt „Microvenus”). Zapis powstał najpierw w postaci binarnej, a następnie został przepisany na kod DNA o długości 28 par zasad. DNA został następnie zsyntetyzowany i wprowadzony do genomu bakterii Escherichia coli.

Od tego czasu eksperymentalnie zakodowano w DNA wiele danych. Na przykład w genomach dwóch bakterii, E. coli i Deinococcus radiodurans – zdolnej przeżyć w wyjątkowo ekstremalnych warunkach, w tym w próżni, przetrwać wysuszenie, dawkę promieniowania jonizującego czy ultrafioletowego – zapisano fragment piosenki dla dzieci „It’s a Small World”. Zaś wiele lat później, w ramach projektu realizowanego w Europejskim Instytucie Bioinformatyki w Hinxton, w DNA zakodowano wszystkie 154 sonety Szekspira.

Jak wygląda zapisywanie danych cyfrowych w DNA? Podstawowym etapem związanym z archiwizacją danych na nośniku DNA jest przekodowanie informacji cyfrowej na sekwencję nukleotydów w DNA. W przeciwieństwie do zero-jedynkowego systemu binarnego (0,1), służącego do zapisu danych, DNA funkcjonuje w kodzie 4-literowym, gdyż zbudowany jest z czterech typów nukleotydów (A, T, G, C). Opracowano już odpowiednie algorytmy „przepisujące” ciągi bitów na sekwencję DNA.

Kolejnym etapem jest zorganizowanie tych danych w bibliotekę do możliwie długiego przechowywania. Dzięki rozwojowi biologii syntetycznej istnieje możliwość maszynowej syntezy sekwencji DNA, w której uprzednio zakodowano dane cyfrowe, w wielu kopiach fizycznych (obecność kopii jest również istotna dla weryfikacji ewentualnych błędów w zapisie). Zsyntetyzowany materiał DNA może być następnie przechowywany in vivo (czyli sklonowany i wprowadzony do komórek organizmów żywych) lub, co jest powszechniejsze po 2012 roku, in vitro (poza organizmami żywymi, np. zamrożony w roztworze lub zliofilizowany i przechowywany w odpowiednich warunkach). Tu warto dodać, że przechowywanie danych in vivo powoduje mniejszą gęstość upakowania, a więc rośnie ich objętość, co wynika z relatywnie sporych rozmiarów komórek. Dlatego wydaje się, że w najbliższych latach będzie dominować przechowywanie danych pozakomórkowe (in vitro).

Do odczytania tak zarchiwizowanych informacji i odzyskania pierwotnych danych służy technologia sekwencjonowania DNA. Uzyskiwane w wyniku sekwencjonowania sekwencje DNA nie są długie, dlatego muszą być złożone w dłuższe ciągi (ang. reassembly). (Proces ten można porównać do złożenia książki z pojedynczych kartek w odpowiedniej kolejności). Wyniki sekwencjonowania są następnie dekodowane – najpierw z powrotem na kod binarny, a następnie na pierwotne dane wejściowe. Ważnym aspektem dekodowania i przywracania danych jest odzyskiwanie danych zapisanych w DNA w wersji swobodnej (tzw. random access). Nie zawsze bowiem będzie istniała potrzeba sekwencjonowania (i odkodowywania) całego zapisu w DNA. Zazwyczaj potrzebny będzie jego fragment zawierający konkretne informacje. Założenia i rozwiązania umożliwiające taki dostęp również zostały już opracowane – m.in. z wykorzystaniem reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) i odpowiednich starterów, dzięki którym możliwe jest wyszukanie i powielenie określonego fragmentu łańcucha DNA.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/aleksandra-obrepalska-steplowska-maciej-ogorzalek-pamiec-zapisana-w-dna/

PAP/MB