DNA, utile per conservare l'informazione per l'eternità

DNA, utile per conservare l'informazione per l'eternità

Il DNA può essere usato per stoccare informazione digitale, ma presenta qualche problema nella conservazione a lungo termine. Un gruppo di ricercatori svizzeri ha provato a risolvere il problema usando particolari nanosfere di vetro

di Andrea Bai pubblicata il , alle 08:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Da qualche anno il mondo della ricerca sta lavorando alla possibilità di sfruttare il DNA per codificare e conservare informazioni in forma digitale. Il DNA, del resto, già svolge la funzione di codificare informazioni a livello genetico e può prestarsi straordinariamente bene a questo compito grazie alla sua capacità di conservare l'informazione in forma estremamente compatta.

Qualche anno fa un progetto di ricerca ha permesso di dimostrare la possibilità di salvare e leggere informazione sotto forma di DNA. In quel frangente, però, il periodo trascorso tra la scrittura dell'informazione e la sua lettura è stato piuttosto breve e nonostante questo sono fin da subito apparsi problemi nella fedeltà di recupero dell'informazione.

Il problema va ovviamente ad amplificarsi sul lungo termine, dato che il DNA può significativamente mutare in seguito ad eventuali interazioni chimiche con l'ambiente circostante, fattore che rappresenta un ingombrante ostacolo alla possibilità di sfruttare il DNA come mezzo per la conservazione delle informazioni a lungo termine. Il materiale genetico che viene recuperato però nei reperti fossili la cui origine risale a centinaia di migliaia di anni addietro può però essere analizzato poiché in essi resta protetto e isolato.

E' proprio traendo ispirazione da ciò che un gruppo di ricercatori dell'ETH Zurich ha ideato uno stratagemma per proteggere il DNA dagli agenti del tempo e gettare le basi per un suo possibile impiego nello stoccaggio di informazioni a lungo termine.

Robert Grass, docente del dipartimento di Chimica e Bioscienze dell'ateneo svizzero e coordinatore del progetto di ricerca, ha commentato: "In modo simile a quello che accade con le ossa e i fossili, vogliamo cercare di proteggere l'informazione codificata nel DNA con un guscio "fossile" sintetico". I ricercatori hanno quindi elaborato un metodo per incapsulare il materiale genetico modificato per codificare informazione arbitraria all'interno di sfere di vetro di silice del diametro di 150 nanometri.

Per provare la robustezza di questa soluzione i ricercatori hanno quindi conservato le sfere per un mese a temperature comprese tra i 60°C e i 70°C, simulando in poche settimane il degrado che si verificherebbe nel corso di centinaia di anni a condizioni di temperatura ambiente. I ricercatori hanno quindi riscontrato una robustezza significativamente maggiore rispetto a quella che è stata possibile ottenere con altri metodi comunemente utilizzati che prevedono, tra l'altro, carta da filtro impregnata e un biopolimero. Impiegando una soluzione a base di fluoro è possibile separare con facilità il DNA dalla sfera in silice e quindi leggere l'informazione in esso codificata.

I ricercatori hanno quindi cercato di affrontare il problema della fedeltà dell'informazione, caratteristica che non necessariamente si accompagna alla robustezza del metodo di conservazione. Per superare questo problema i ricercatori hanno adottato un approccio che si basa su quello impiegato nelle trasmissioni e memorizzazioni digitali e prevede l'uso del codice di correzione d'errore Reed-Solomon (usato, tra l'altro, per la correzione d'errori di decodifica a difetti di memorizzazione di CD, DVD e Blu-Ray). In parole semplici l'informazione da conservare viene opportunamente elaborata con alcuni elementi aggiuntivi così che sia possibile ricostruirla anche in presenza di errori.

Reinhard Heckel dell'ETH Zurich Communcation Technology Laboratory, esemplifica ancor meglio il concetto: "Se dobbiamo definire una parabola su un piano, bastano tre punti. Noi ne aggiungiamo qualcun altro nel caso qualcuno vada perso o venga spostato".

15 Commenti
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htpci20 Febbraio 2015, 08:58 #1
bene! tra qualche anno chi scoprira' di essere imparentato con ezio auditore???
palleggiatore20 Febbraio 2015, 09:57 #2
il termine virus assumerà una sfumatura diversa, in ambito informatico se non altro.
comunque non vedo con favore questa commistione con la biologia, le conseguenze sono ignote e i rischi potenziali incredibili.
cdimauro20 Febbraio 2015, 11:31 #3
Non vedo perché: tutta la materia è costituita da atomi.
keysersoze88220 Febbraio 2015, 18:18 #4
letto con interesse l'articolo,ma ammetto di averci capito poco..
Petardo23820 Febbraio 2015, 19:59 #5
ho come l'impressione che siamo alla fase "forse si potrà farlo", ma che allo stato attuale non abbiamo niente in mano.
rockroll21 Febbraio 2015, 02:42 #6
Originariamente inviato da: keysersoze882
letto con interesse l'articolo,ma ammetto di averci capito poco..


In effetti c'era poco da capire su una cosa così (IMHO) campata in aria.

Per conservare informazioni digitali per me è proprio da folli pensare di imitare la natura, che proprio sulla possibilità di errore basa il suo punto di forza, cioè l'evoluzione!
Noi ed altri esseri viventi siamo il risultato di una serie infinita di piccoli errori che hanno portato alla diversificazione delle caratteristiche, in positivo ed in negativo: è stata la dura legge della sopravvivenza competitiva a far prevalere le varianti positive, in quanto le negative portavano all'insuccesso ed all'estinzione.
(Ancor oggi se non sei dotato in tutti i sensi non scopi o scopi poco, e chi scopa più di te ha più possibilità di te di promuovere nel futuro il suo geni caratteristici).

Altra cavolata: per tre punti passa un cerchio (circonferenza, caso di conica particolare), ma credo proprio che di coniche generiche come la parabole ne passino qualcuna di più...
Se poi dobbiamo affidarci alla ridondanza per gestire sistemi di correzione d'errore più o meno efficaci, non è meglio adottare sistemi di memorizzazione meno soggetti all'errore?

O forse dico cavolate vista l'ora? Se mi confutate non mi offendo.
.
corgiov21 Febbraio 2015, 08:01 #7
Se l’aggeggio utilizzato sarà proprio quello che si vede in fotografia, allora gli scienziati svizzeri hanno letto il romanzo The Genetic Scanner — Revision 3.0! Al posto del laser, però, c’è un connettore USB.
tiMo22 Febbraio 2015, 21:59 #8
Non è campata in aria, e stai facendo un pò di confusione.

Secondo le ultime ricerche, la teoria dell'evoluzione da sola non riesce a spiegare molti dei fenomeni che osserviamo.

A ciò si aggiunga che in natura ci sono tantissimi sistemi che sfruttano gli errori per amplificare il segnale o ottenere qualche altro risultato, come ad esempio, la conservazione dell'informazione (ad es. vedi la risonanza stocastica). Ne sappiamo ancora molto poco ma questa è una delle sfide del XXI secolo.

A mio avviso la vera sfida è "craccare" il sistema DNA, cioè capire come fa a mantere l'informazione e a correggere gli errori indotti dalle mutazioni. Ci sono geni che tutti gli esseri viventi posseggono e che risalgono a miliardi di anni fa. Nessuno conosce il meccanismo che ha permesso a questi geni di mantenersi per così tanto tempo correggendo gli errori.

Se riuscissimo a capirlo potremmo usare il sistema DNA in tutta la sua potenza e non "semplicemente" (si fa per dire) sfruttare codici di correzione dell'errore importati dall'esterno.

Ciao tiMo





Originariamente inviato da: rockroll
In effetti c'era poco da capire su una cosa così (IMHO) campata in aria.

Per conservare informazioni digitali per me è proprio da folli pensare di imitare la natura, che proprio sulla possibilità di errore basa il suo punto di forza, cioè l'evoluzione!
Noi ed altri esseri viventi siamo il risultato di una serie infinita di piccoli errori che hanno portato alla diversificazione delle caratteristiche, in positivo ed in negativo: è stata la dura legge della sopravvivenza competitiva a far prevalere le varianti positive, in quanto le negative portavano all'insuccesso ed all'estinzione.
(Ancor oggi se non sei dotato in tutti i sensi non scopi o scopi poco, e chi scopa più di te ha più possibilità di te di promuovere nel futuro il suo geni caratteristici).

Altra cavolata: per tre punti passa un cerchio (circonferenza, caso di conica particolare), ma credo proprio che di coniche generiche come la parabole ne passino qualcuna di più...
Se poi dobbiamo affidarci alla ridondanza per gestire sistemi di correzione d'errore più o meno efficaci, non è meglio adottare sistemi di memorizzazione meno soggetti all'errore?

O forse dico cavolate vista l'ora? Se mi confutate non mi offendo.
.
bobafetthotmail23 Febbraio 2015, 02:49 #9
In questo articolo parlano di un metodo per conservare informazioni digitali per tempi molto lunghi e in condizioni schifose. Stoccaggio a lungo termine.

Originariamente inviato da: rockroll
Per conservare informazioni digitali per me è proprio da folli pensare di imitare la natura, che proprio sulla possibilità di errore basa il suo punto di forza, cioè l'evoluzione!
Intanto il grosso dell'evoluzione è avvenuto perchè il DNA viene costantemente replicato e manipolato, se lo lasci stare in un ambiente relativamente protetto è una molecola piuttosto stabile.
Certo, non gradisce radiazioni ionizzanti o reagenti chimici potenti, ma non è che altri supporti digitali se la passino molto meglio.

In questo caso, stanno copiando la natura nel caso specifico del DNA ottenuto da fossili o resti mummificati (mummificazione naturale, gli egiziani non c'entrano), che appunto sono in grado di essere letti e sequenziati nonostante la creatura sia ormai un fossile o una mummia, estinta da migliaia o milioni di anni.

Prendono del DNA e lo infilano in microsfetette di vetro per proteggerlo dagli agenti chimici.

(Ancor oggi se non sei dotato in tutti i sensi non scopi o scopi poco, e chi scopa più di te ha più possibilità di te di promuovere nel futuro il suo geni caratteristici).
Più complesso.
La variabilità genetica di una popolazione è fondamentale per la sopravvivenza della specie, visto che al cambiare delle condizioni le caratteristiche che ti davano vantaggi o svantaggi possono invertirsi o cambiare.
Quindi non è che sia tutto o bianco o nero, ci sono tratti più presenti e meno presenti, solo quelli veramente veramente veramente svantaggiosi scompaiono, sennò restano in minoranza ma continuano ad esistere.

Altra cavolata: per tre punti passa un cerchio (circonferenza, caso di conica particolare), ma credo proprio che di coniche generiche come la parabole ne passino qualcuna di più...
Bastava googlare 3 secondi e trovi mille conferme che sì, per 3 punti passa solo una parabola. è matematica dele superiori eh? http://www.cnuto.it/lezioni/scienze...atica/parabola/

Se poi dobbiamo affidarci alla ridondanza per gestire sistemi di correzione d'errore più o meno efficaci, non è meglio adottare sistemi di memorizzazione meno soggetti all'errore?
Se esistessero li useremmo. Il DNA è una molecola estremamente conveniente perchè è facile da manipolare (oggigiorno) e moderatamente resistente e stabile nel tempo anche in condizioni schifose.
Ma soprattutto è estremamente denso, puoi codificare quantità immense di informazione e usare sistemi estremamente ridondanti senza occupare più spazio di una cappocchia di spillo.


Originariamente inviato da: tiMo
capire come fa a mantere l'informazione e a correggere gli errori indotti dalle mutazioni. Ci sono geni che tutti gli esseri viventi posseggono e che risalgono a miliardi di anni fa. Nessuno conosce il meccanismo che ha permesso a questi geni di mantenersi per così tanto tempo correggendo gli errori.
I sistemi di replicazione del DNA sono in grado di rilevare gli errori eh? le DNA polimerasi umane sbagliano un nucleotide ogni miliardo e rotti, quindi se va male introducono una singola mutazione per replicazione completa.
Il codice genetico funziona a triplette (viene letto a blocchi di 3 lettere) e di solito più triplette corrispondono (vengono tradotte nello) allo stesso amminoacido, inoltre le sequenze di DNA con funzione strutturale o regolatrice o altro sono molto più prevalenti delle sequenze con geni fondamentali.

Ci sono inoltre sistemi di rilevamento e riparazione attiva degli errori nel DNA in tutti gli organismi viventi, con decine se non migliaia di classi di proteine di vario tipo coinvolte.

C'è anche il fatto che le cellule normali in un organismo pluricellulare non sono autorizzate a riprodursi, solo delle classi speciali di cellule (staminali) che stanno in zone più protette sono autorizzate a farlo indefinitamente.

C'è anche un meccanismo di autodistruzione, se la cellula di un organismo multicellulare rileva danni irreversibili al DNA avvia una procedura di autodistruzione controllata (apoptosi), lo stesso tende ad avvenire dopo un certo periodo di tempo predeterminato a seconda del tipo di cellula.

Diciamo che non è un sistema perfetto, ma non si può certo dire che non faccia il possibile per evitare errori.
tiMo23 Febbraio 2015, 12:14 #10
Infatti è quello che ho scritto, gli esempi che tu riporti ne sono riprova. Però ancora non si conosce dal punto di vista fisico/matematico come questi processi di correzione agiscono veramente.

Ad esempio ci sono diverse teorie ma nessuno ha ancora dimostrato il nesso fra la degenerazione del codice genetico e la correzione dell'errore. C'è bisogno di investire molto di più in matematica, statistica e fisica rispetto a quanto fatto finora, ma questo è un altro discorso.

ciao tiMo

Originariamente inviato da: bobafetthotmail
I sistemi di replicazione del DNA sono in grado di rilevare gli errori eh? le DNA polimerasi umane sbagliano un nucleotide ogni miliardo e rotti, quindi se va male introducono una singola mutazione per replicazione completa.
Il codice genetico funziona a triplette (viene letto a blocchi di 3 lettere) e di solito più triplette corrispondono (vengono tradotte nello) allo stesso amminoacido, inoltre le sequenze di DNA con funzione strutturale o regolatrice o altro sono molto più prevalenti delle sequenze con geni fondamentali.

Ci sono inoltre sistemi di rilevamento e riparazione attiva degli errori nel DNA in tutti gli organismi viventi, con decine se non migliaia di classi di proteine di vario tipo coinvolte.

C'è anche il fatto che le cellule normali in un organismo pluricellulare non sono autorizzate a riprodursi, solo delle classi speciali di cellule (staminali) che stanno in zone più protette sono autorizzate a farlo indefinitamente.

C'è anche un meccanismo di autodistruzione, se la cellula di un organismo multicellulare rileva danni irreversibili al DNA avvia una procedura di autodistruzione controllata (apoptosi), lo stesso tende ad avvenire dopo un certo periodo di tempo predeterminato a seconda del tipo di cellula.

Diciamo che non è un sistema perfetto, ma non si può certo dire che non faccia il possibile per evitare errori.

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