„Esame jaunieji genetikos bei molekulinės biologijos tyrėjai, ir ši idėja kilo prieš metus – kai sužinojome, kad Silicio slėnio kompanija „Twist Bioscience“ vieną „Netflix“ serialo „Biohackers“ seriją įrašė į DNR molekulę. Tad mums irgi kilo mintis – kodėl nepabandžius kažko tokio ir nepasižiūrėjus į mokslą kitomis akimis? Nes esame įpratę prie mokslo, laboratorijų, procedūrų – bet šiuo atveju mokslas pasirodo kitu kampu“, – pasakoja viena iš projekto dalyvių, Raminta Antanynienė.
Jos teigimu, perskaičius naujieną apie serialo serijos įrašymą į DNR, lietuviams tyrėjams pasidarė įdomu ir smalsu, kaip į DNR molekulę galima įrašyti skaitmeninę informaciją. Susiradę partnerius, kurie savo ruožtu partneriauja su „Microsoft“, konsultavosi su jais ir galų gale su jų pagalba į DNR įrašė tautišką giesmę.
„Į DNR molekulę yra įrašytas tautiškos giesmės mp3 failas – dvejetainį iš nulių ir vienetų sudarytą kodą transformavus į genetinį kodą, sudarytą iš keturių elementų: adenino, timino, citozino ir guanino. Ir būtent šis genetinis kodas – iš raidžių ATCG sudaryta seka – yra susintetinta į DNR molekulę“, – aiškina kitas projekto dalyvis, Povilas Sakalauskas. Jis pasakoja, kad taip užkoduotą informaciją galima nuskaityti ir atversti atgal į skaitmeninį kodą, suprantamą tradiciniams kompiuteriams.
Anot P.Sakalausko, visa tai demonstruoja, kaip didelį duomenų kiekį galima suarchyvuoti itin kompaktiškai – būtent į DNR molekulę.
Beje, kalbant apie duomenų kiekius – tautiškos giesmės failas užima 600 kilobaitų, o palyginimui vienos žmogaus ląstelės genetinis kodas – apie 3 gigabaitus. Paklaustas, kiek duomenų galėtų saugoti savyje žmogus, jei jį traktuotume kaip gyvą vaikščiojantį serverį ar laikmeną, jaunasis mokslininkas šypteli ir siūlo apskaičiuoti patiems: kaip minėta, vienos žmogaus ląstelės genetinis kodas užima apie 3GB duomenų, bet žmogus turi 30 000 000 000 000 000 ląstelių. Taigi, atsakymas – 90 000 000 000 000 000 gigabaitų arba 90 jotabaitų (angl. yottabite).
„Jei traktuotume žmogų kaip duomenų saugyklą, į jį galima būtų sutalpinti visą šiuo metu pasaulyje egzistuojančią informaciją“, – tvirtina P.Sakalauskas.
Kam to reikia?
Šiais laikais mes turime standžiuosius ir SSD diskus, USB atmintines, debesiją. Kam dar reikia iš DNR kurti duomenų laikmeną?
„Tos laikmenos, kurias naudojame dabar, jau yra šiek tiek pasenusios. Pavyzdžiui, serveriai, talpinantys didelius duomenų kiekius – jiems reikia didelių energijos kiekių, o ir užima didelį plotą. Tai nėra patogu, o reikia turėti omenyje, kad kiekvienais metais sukuriamų duomenų kiekis išauga 20-30 proc., tad matome, kad tokių technologijų ilgam neužteks“, – aiškina P.Sakalauskas ir papildo, kad tokios kompanijos kaip „Microsoft“ jau įžvelgia šią problemą ir galvoja į priekį, o į DNR kaip laikmenos technologijų kūrimą deda dideles investicijas.
Be to, pastebi R.Antanynienė, dabartinės duomenų saugojimo technologijos reikalauja nuolatinio atnaujinimo, nuolatinio informacijos perrašymo. „Juk pradžioje duomenys buvo saugomi juostose, kompaktiniuose diskuose, dabar – USB atmintinėse ir kitur, ir norint juos išsaugoti, vis reikia informaciją perrašinėti“, – pasakoja specialistė. Be to, visos šios technologijos yra trumpalaikės, o tinkamomis sąlygomis laikoma DNR duomenis gali išlaikyti tūkstančius metų.
„Puikus to įrodymas – randamos fosilijos, pavyzdžiui, neandertaliečių palaikai, kaulai, iš kurių kuo puikiausiai išskiriama genetinė informacija, – atkreipia dėmesį P.Sakalauskas.
„DNR yra viena stabiliausių struktūrų, stabiliausia molekulė, sukurta gamtos. Tai yra natūrali gamtos sukurta duomenų saugykla“, – papildo R.Antanynienė.
Pirmieji žingsniai
Tačiau reikia turėti omenyje, kad ši duomenų saugojimo DNR molekulėje technologija dar tik žengia pirmuosius žingsnius, tad pernelyg įspūdingų rezultatų tikėtis iškart nereikėtų.
„Šiuo metu informacijos įrašymas į DNR gali trukti apie dieną, nuskaitymas iš DNR – tiek pat, – sako P.Sakalauskas. – Aišku, dar viskas priklauso nuo duomenų kiekio, didesnio informacijos kiekio nuskaitymas ir įrašymas gali trukti iki kelių parų. Bet žinant tai, kaip greitai vystosi technolgijos ir kaip viskas keičiasi, tikrai matome potencialą ir tikrai yra realu, kad ateityje turėsime labai greitus DNR įrašymo ir nuskaitymo metodus, kurie gal net leis sukurti tiesiogines sąsajas su kompiuteriais“.
„Čia dar galima paminėti „Oxford Nanopore“ atkodavimo technologiją, kurią mes tobuliname, ir kuri yra šiek tiek kitokia, ir prie kurios mes Lietuvoje dirbame pirmieji, – pastebi R.Antanynienė – Nes kiti rinkoje esantys atkodavimo metodai yra atliekami technologijomis, kurios yra tiek fiziškai didelės, tiek reikalauja didelių energijos sąnaudų ir specifinių žinių – o mes dirbame su nedideliu prietaisu, kurio ir kaina nėra didelė“.
Tyrėjai pasakoja, kad jie dabar daugiausia tobulina DNR nuskaitymo metodus, atlieka eksperimentinius tyrimus ir tobulina laboratorinės dalies protokolą, o taip pat dirba su bioinformatine technologijos dalimi.
„Sėkmingai įgyvendinus šį mūsų planą, sėkmingai atkūrus užkoduotą informaciją ir atlikus visą bioinformatinę analizę, visas nuskaitymas taps žymiai greitesnis, prieinamas daugiau žmonių“.
Prakalbus apie laiko ir finansines sąnaudas, lietuviai pasakoja, kad nuo idėjos gimimo jau praėjo metai. Bet apie tris mėnesius truko planavimas ir paruošiamieji darbai, ir tik tada prasidėjo darbas laboratorijoje. „Bet nėra taip, kad ateisi į laboratoriją ir iškart gausi rezultatą. O jei kalbame apie sekoskaitos technologijas, tai žmogaus genomo sekvenavimas, kuris buvo užbaigtas 2001 m., kainavo apie 2,7 mlrd. tuometinių JAV dolerių. Bet šiuo metu, su naujausios kartos sekvenavimo prietaisais žmogaus genomą nuskaityti kainuoja iki tūkstančio dolerių. Tad kainos pokytis per dvidešimt metų tikrai įspūdingas“, – apibendrina P.Sakalauskas.
Lygiai taip pat ir su nuskaitymo greičiu. Pirmasis žmogaus genomo nuskaitymas truko 13 metų, o šiuo metu tai galima atlikti per porą dienų.
Paklausti, kiek jiems kainavo būtent šis tautiškos giesmės įrašymo į DNR projektas, mokslininkai teigia net nelabai galintys tokio dalyko nurodyti rinkos kainos, nes labai daug pagalbos sulaukė iš partnerių, o ir pačią kainą nulemia daug faktorių, tačiau bendra projekto suma, jų teigimu, siekė apie 10 000 eurų.
„Tik norime pabrėžti, kad mūsų projektas nėra pelno siekiantis, nekomercinis, ir visos investicijos yra iš startuolio „Genomika“ resursų“, – pastebi R.Antanynienė.
Ateities planai
„Kalbant apie artimiausius planus, liepos 6 d. šią himno kopiją padovanosime Lietuvai, ir nuo tada statulėlę su himnu, esančiu DNR, galės pamatyti visi Centro lankytojai. Bet ne tik pamatyti – galima bus palikti palinkėjimą Lietuvai, kuris bus išsaugotas mūsų sistemoje, o kitais metais Valstybės dienos proga planuojame surinkti viską į vieną ir taipogi į rašyti į DNR“, – sako R.Antanynienė.
Kalbant apie tolesnę perspektyva, mokslininkė pasakoja, kad „Genomika“ ir toliau dirbs su atkodavimo procesu, planuojama toliau šį procesą tobulinti, o ateityje numatoma mokslinė publikacija.
„Šiuo metu stengiamės pritaikyti šį prietaisą atkodavimui, kad nereikėtų naudoti brangių sekvenatorių ir brangių sekoskaitos metodų“, – rankose vartydamas nedidelį sekoskaitos įrenginį, pasakoja P.Sakalauskas. – Be to, mūsų siekis yra pritraukti į Lietuvą biotechnologijas, inovacijas, o taip pat Lietuvoje skatinti pačią molekulinę biologiją bei genetiką. Nes galime pasidžiaugti lietuvių pripažinimu moksliniame pasaulyje, tikrai turime puikių mokslininkų, bet prie mokslo populiarinimo bei skatinimo norime prisidėti ir mes“.
O kol kas jaunieji tyrėjai kviečia nuo liepos 6 d. apsilankyti Valstybės pažinimo centre ir savo akimis pamatyti Lietuvos himną, įrašytą į DNR – o taip pat palikti ir savo palinkėjimą, kuris, jei pasiseks, DNR laikmenoje išliks tūkstantmečius.
