Геном людини зберігається на «вічному» кристалі пам’яті

Вчені Саутгемптонського університету зберегли повний геном людини на кристалі пам’яті 5D — революційному форматі зберігання даних, який може зберігатися мільярди років. Команда сподівається, що кристал може стати схемою для повернення людства від вимирання на тисячі, мільйони або навіть мільярди років у майбутньому, якщо це дозволить наука.

Цю технологію також можна використовувати для створення тривалого запису геномів видів рослин і тварин, які знаходяться під загрозою зникнення.

Кристали вічності

5D-кристал пам’яті був розроблений Центром досліджень оптоелектроніки (ORC) університету Саутгемптона. На відміну від інших форматів зберігання даних, які з часом погіршуються, кристали пам’яті 5D можуть зберігати до 360 терабайт інформації (у найбільшому розмірі) без втрат протягом мільярдів років, навіть за високих температур. Він є власником Книги рекордів Гіннеса (присуджений у 2014 році) як найміцніший матеріал для зберігання даних.

Кристал еквівалентний плавленому кварцу, одному з найбільш хімічно та термічно стійких матеріалів на Землі. Він може витримувати високі та низькі екстремальні температури, вогонь і температуру до 1000°C. Кристал також може витримувати силу прямого удару до 10 тонн на см² і не змінюється при тривалому впливі космічного випромінювання.

Команда в Саутгемптоні на чолі з професором Пітером Казанським використовує надшвидкісні лазери для точного вписування даних у наноструктуровані порожнечі, орієнтовані в кремнеземі, з розмірами елементів лише 20 нанометрів. На відміну від маркування лише на поверхні двовимірного аркуша паперу чи магнітної стрічки, цей метод кодування використовує два оптичних виміри та три просторові координати для написання по всьому матеріалу — звідси «5D» у його назві.

Відновлення видів

Довговічність кристалів означає, що вони переживуть людей та інші види. Наразі неможливо створити синтетичним шляхом людей, рослини та тварин, використовуючи лише генетичну інформацію, але за останні роки в синтетичній біології відбулися серйозні досягнення, зокрема створення синтетичної бактерії командою доктора Крейга Вентера у 2010 році.

«З роботи інших ми знаємо, що генетичний матеріал простих організмів можна синтезувати та використовувати в існуючій клітині для створення життєздатного живого зразка в лабораторії», — каже професор Казанський.

«5D-кристал пам’яті відкриває можливості для інших дослідників створити вічне сховище геномної інформації, з якої можна буде відновити складні організми, такі як рослини та тварини, якщо це дозволить наука в майбутньому».

Щоб перевірити цю концепцію, команда створила 5D-кристал пам’яті, що містить повний геном людини. Для приблизно 3 мільярдів літер у геномі кожна літера була секвенована 150 разів, щоб переконатися, що вона знаходиться в тому місці. Робота із секвенування глибокого зчитування була виконана в партнерстві з Helixwork Technologies.

Візуальні підказки

Кристал зберігається в архіві «Пам’ять людства» — спеціальній капсулі часу в соляній печері в Гальштаті, Австрія. Під час розробки кристала команда врахувала, чи дані, що зберігаються в ньому, можуть бути отримані інтелектом (видом або машиною), який прийде за нами у віддаленому майбутньому. Дійсно, можна виявити так далеко в майбутньому, що системи відліку не існує.

«Візуальний ключ, вписаний у кристал, дає знахідцю знання про те, які дані зберігаються всередині та як їх можна використовувати», — каже професор Казанський.

Над щільними площинами даних, що містяться всередині, ключ показує універсальні елементи (водень, кисень, вуглець і азот); чотири основи молекули ДНК (аденін, цитозин, гуанін і тимін) з їх молекулярною структурою; їх розміщення в структурі подвійної спіралі ДНК; і як гени розташовуються в хромосомі, яку потім можна вставити в клітину.

Для візуального визначення того, до якого виду відноситься 5D-кристал пам’яті, команда віддала данину пам’яті табличкам космічного корабля Pioneer, які були запущені NASA на шляху, щоб вивести його за межі Сонячної системи.

«Ми не знаємо, чи технологія кристалів пам’яті коли-небудь підійде за цими пластинками на пройденій відстані, але можна очікувати, що кожен диск з високим ступенем упевненості перевищить свій час виживання», – додає професор Казанський.