Суперкоды и ДНК ╚Млечного Пути╩
Впервые я разработал суперкод ДНК в 1995 году для кодировки карты галактики Млечного Пути в молекулу ДНК. Карта Млечного Пути представляет собой цифровой файл объемом 1,1 килобайт, содержащий исследовательскую космическую карту Млечного Пути NASA, которую можно представить в виде последовательности двоичных цифр.
В данном суперкоде для транскрибирования 20 оснований, посредством которых кодируются входные данные (в нашем случае карта COBE), использовано большинство из 64 нуклеотидных триплет. Второй этап кодирования существует для решения биологических проблем, связанных с вводом произвольных данных непосредственно в ДНК. Три стоп-кодона (ТАА, TАG, TGA) представляют собой ╚переключатели╩ между различными модулями кодирования, а также устанавливают мононуклеотидные простые повторы, встречающиеся во входных данных. Четыре мононуклеотидных триплета (CCC, TTT, AAA, GGG) определяют соответствующие основания ДНК (C, T, A, G).
Суперкод ДНК имеет три последовательности кодирования:
1) TGA используется для обозначения биологически совместимых сегментов вводимых данных, кодируемых непосредственно в ДНК;
2) ТАА используется для обозначения мононуклеоидных повторов, где триплет, инициирующий базовое основание 20, предшествует одному из триплетов, определяющих конкретное основание ДНК;
3) TAG - не кодирующая, ╚бессмысленная╩ последовательность, указывающая на то, что она не содержит вводимых данных. Последовательность TAG может содержать участки узнавания в энзимах, необходимые для манипуляции и составления полной последовательности, либо для ввода функциональных генов в целях обеспечения стабильности собранной последовательности in vivo.
На первом этапе суперкодирования имеющейся базы данных последовательность ТАА кодирует все стоп-кодоны вводимых данных, которые были непосредственно транскрибированы в ДНК. Все кодоны терминации, введенные в качестве элементов-переключателей последовательности суперкода, будут стерты в процессе декодирования. Кодоны инициации (ATC, GTG, TTG, CTG и т. д.) трансляции вводимых данных биологической структурой клетки хозяина могут быть также зашифрованы в целях предотвращения нежелательного выражения in vivo.
Суперкод, как и сам генетический код, является вырожденным с тем, чтобы генерировать большое число последовательностей ДНК, каждую из которых можно было бы декодировать в точном соответствии с исходными данными. Например, в случае ДНК ╚Млечного Пути╩, можно генерировать гораздо большее число последовательностей, содержащих карту галактики, чем число звезд, находящихся в самой галактике.
На идею создания ДНК ╚Млечного Пути╩ меня натолкнула детская сказка об избалованной девочке, которая не могла найти свое счастье, пока не встретила мышку с картой мира в ушке.
Первая ДНК ╚Млечного Пути╩ была синтезирована в 2002 году и представлена на художественной выставке ╚Biologia Como Arte╩ (Queiroz 2002) в Баркарене, Португалия. Полная последовательность ДНК ╚Млечного Пути╩ состоит из 3867 bp молекул ДНК, что превышает размеры ряда плазмид и соответствует размеру некоторых вирусных геномов (например, вирус Phi-X содержит около 5000 пар оснований).