SDO СryptoNet

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) создана самой природой для хранения информации. Неудивительно, что и ученых привлекло ДНК как носитель информации, например, записанной в двоичном коде. Для такой записи проще всего поставить в соответствие одному нуклеотиду один символ – ноль или единицу. Закодировав информацию подобным образом, можно спрятать полученную ДНК в смеси других нуклеиновых кислот. Необходимо лишь позаботиться о том, чтобы ваш кодирующий участок был окружен нуклеотидными последовательностями известного состава – и тогда при помощи определенной процедуры (секвенирования) возможно «прочитать» интересующую последовательность при помощи соответствующих праймеров. Знание праймеров являет собой своеобразный «криптографический ключ» к закодированной информации.

Тем не менее существуют и другие способы закодировать информацию в нуклеотидной последовательности (а затем извлекать ее оттуда). У группы исследователей из США появилось мнение, что секвенирование (определение нуклеотидной последовательности) ДНК для расшифровки информации – это слишком дорого и слишком неудобно, так как требует специальныого оборудования, реактивов, а так же навыков. И вот здесь они предложили использовать для декодирования частичный гидролиз ДНК, который можно легко осуществить при помощи ферментов – эндонуклеаз рестрикции. Эти ферменты вносят разрыв в двуцепочечную молекулу ДНК в определенных местах.

И что важно при таком способе кодирования имеет большое значение размер получившихся в результате гидролиза фрагментов ДНК, а не их состав. Несомненным преимуществом способа есть то что можно подбирать нуклеотидные последовательности таким образом, чтобы избежать формирования элементов вторичной структуры, а так же подобрать желаемое GC-соотношение.

В пример американские исследователи закодировали в ДНК слово «MEMOS». Расстояние между сайтами рестрикции, равное 4 нуклеотида, обозначало единицу; 8 нуклеотидов – ноль. В алфавите авторов было всего восемь букв, каждая кодировалась тремя символами. ДНК клонировали в плазмиду, амплифицировали в бактериальных клетках, выделили и подвергли расшифровке.

Авторов совсем не смутило, что процесс «прочтения» закодированной информации включает работу с радиоактивной меткой, плотность записи составляет всего около 0,11 бит на нуклеотид, да и расшифровать они смогли лишь четыре буквы из пяти: «MEMO». Исследователи посчитали, что показали не просто «еще один», но более простой, дешевый, быстрый и нетребовательный способ записи двоичного кода при помощи молекулы ДНК.

Работа «Length-Based Encoding of Binary Data in DNA» опубликована в Langmuir.