Navorsers van Microsoft en die Universiteit van Washington het die eerste volledig outomatiese en leesbare bergingstelsel vir kunsmatig gemanipuleerde DNA gedemonstreer. Dit is 'n sleutelstap in die verskuiwing van nuwe tegnologie van navorsingslaboratoriums na kommersiële datasentrums.
Die ontwikkelaars het die konsep bekragtig met 'n eenvoudige toets: hulle het die woord "hallo" suksesvol in fragmente van 'n sintetiese DNS-molekule geënkodeer en dit teruggeskakel na digitale data met behulp van 'n ten volle outomatiese end-tot-end-stelsel, wat beskryf word in , gepubliseer 21 Maart in Nature Scientific Reports.
DNA-molekules kan digitale inligting teen 'n baie hoë digtheid stoor, dit wil sê in 'n fisiese ruimte wat baie grootteordes kleiner is as wat moderne datasentrums beset. Dit is een van die belowende oplossings vir die stoor van die groot hoeveelheid data wat die wêreld elke dag genereer, van besigheidsrekords en video's van oulike diere tot mediese en ruimtebeelde.
Microsoft ondersoek maniere om die potensiële gaping tussen en wil behou, en ons vermoë om hulle te behou. Sulke metodes sluit in die ontwikkeling van algoritmes en tegnologieë vir molekulêre rekenaars vir . Dit sal al die inligting wat in 'n groot moderne datasentrum gestoor is, inpas in 'n spasie wat ongeveer so groot is soos 'n paar dobbelstene.
"Ons hoofdoel is om 'n stelsel bekend te stel wat vir die eindgebruiker amper dieselfde sal lyk as enige ander wolkbergingstelsel: inligting word na die datasentrum gestuur en daar gestoor, en dan net verskyn wanneer die kliënt dit nodig het." sê Sr. Microsoft-navorser Karin Strauss. "Om dit te doen, moes ons bewys dat dit prakties sin maak vanuit 'n outomatiseringsoogpunt."
Die inligting word gestoor in sintetiese DNS-molekules wat in 'n laboratorium geskep word, nie in die DNS van mense of ander lewende wesens nie, en kan geïnkripteer word voordat dit na die stelsel gestuur word. Terwyl komplekse masjiene soos sintetiseerders en opeenvolgers reeds sleutelonderdele van die proses uitvoer, het baie van die tussenstappe tot dusver handearbeid in die navorsingslaboratorium vereis. "Dit is nie geskik vir kommersiële gebruik nie," sê Chris Takahashi, senior genoot by die Paul Allen Skool vir Rekenaarwetenskap en Ingenieurswese aan die Amerikaanse Universiteit ().
"Mense met pipette kan nie om die datasentrum hardloop nie, hierdie benadering is te hoog vir menslike foute, dit is te duur en neem te veel spasie op," het Takahashi verduidelik.
Vir hierdie metode van databerging om kommersieel lewensvatbaar te wees, moet beide die koste van DNA-sintese—die skep van die fundamentele boustene met betekenisvolle volgordes—en die volgordebepalingsproses wat nodig is om die gestoorde inligting te lees, verminder word. Die navorsers sê dit is die rigting .
Outomatisering is nog 'n sleutelstuk van die legkaart om berging op kommersiële skaal moontlik te maak en dit meer toeganklik te maak, volgens Microsoft-navorsers.
Onder sekere omstandighede kan DNS baie langer bestaan as moderne argiefbergingsfasiliteite, wat oor dekades verval. Sommige DNS het daarin geslaag om in minder as ideale toestande vir tienduisende jare te oorleef—in mammoettande en in die bene van vroeë mense. Dit beteken dat data op hierdie manier gestoor kan word solank die mensdom bestaan.
Die DNS-geoutomatiseerde databergingstelsel gebruik sagteware wat deur Microsoft en die Universiteit van Washington (UW) ontwikkel is. Dit skakel die XNUMX'e en XNUMX'e van digitale data om in nukleotiedvolgordes (A, T, C en G) wat die "boustene" van DNS is. Die stelsel gebruik dan goedkoop, meestal standaard, laboratoriumtoerusting om die nodige vloeistowwe en reagense aan die sintetiseerder te verskaf, wat die vervaardigde DNS-fragmente versamel en in 'n stoorhouer plaas.
Wanneer die stelsel inligting moet onttrek, voeg dit ander chemikalieë by om die DNS behoorlik voor te berei en gebruik mikrofluïdiese pompe om vloeistowwe in die dele van die stelsel in te druk wat die DNS-volgordes lees en dit terug te omskep in rekenaarleesbare inligting. Die navorsers sê die doel van die projek was nie om te bewys dat die stelsel vinnig of goedkoop kan wees nie, maar bloot om te wys dat outomatisering moontlik is.
Een van die mees voor die hand liggende voordele van 'n geoutomatiseerde DNS-bergingstelsel is dat dit wetenskaplikes vrystel om komplekse probleme op te los sonder om tyd te mors op soek na bottels reagense of die verveling om druppels vloeistof by proefbuise te voeg.
"Om 'n outomatiese stelsel te hê om herhalende werk te doen, stel laboratoriums in staat om direk na navorsing te gaan, nuwe strategieë te ontwikkel om vinniger te innoveer," het Microsoft-navorser Bichlin Nguyen gesê.
Span van die Laboratorium vir Molekulêre Inligtingstelsels (MISL) het reeds getoon dat dit katprente, wonderlike literêre werke, kan stoor, en argiefrekords in DNA en onttrek hierdie lêers sonder foute. Tot op datum kon hulle 1 gigagreep data in DNS stoor, klop .
Navorsers het ook metodes ontwikkel vir soos om slegs beelde te vind en te onttrek wat 'n appel of 'n groen fiets het, deur die molekules self te gebruik, sonder om die lêers terug na digitale formaat om te skakel.
“Dit is veilig om te sê dat ons die geboorte aanskou van 'n nuwe tipe rekenaarstelsel wat molekules gebruik om data te stoor en elektronika om te beheer en te verwerk. Hierdie kombinasie maak baie interessante moontlikhede vir die toekoms oop,” het ’n professor aan die Allen-skool van die Universiteit van Washington gesê. .
Anders as silikon-gebaseerde rekenaarstelsels, moet DNA-gebaseerde berging en rekenaarstelsels vloeistowwe gebruik om molekules rond te beweeg. Maar vloeistowwe verskil inherent van elektrone en vereis heeltemal nuwe tegniese oplossings.
Die Universiteit van Washington-span werk ook saam met Microsoft om 'n programmeerbare stelsel te ontwikkel wat laboratoriumeksperimente outomatiseer deur die eienskappe van elektrisiteit en water te gebruik om druppels op 'n rooster van elektrodes te beweeg. 'n Volledige reeks sagteware en hardeware gedoop , kan verskeie vloeistowwe meng, skei, verhit of afkoel en laboratoriumprotokolle volg.
Die doel is om laboratorium-eksperimente wat tans met die hand of deur duur vloeistofhanteringsrobotte uitgevoer word, te outomatiseer en koste te verminder.
Die volgende stappe vir die MISL-span sluit in die integrasie van 'n eenvoudige, end-tot-end outomatiese stelsel met tegnologieë soos Purple Drop, sowel as ander tegnologieë wat soektogte in DNA-molekules moontlik maak. Die navorsers het hul geoutomatiseerde stelsel doelbewus modulêr gemaak sodat dit kan ontwikkel namate nuwe tegnologieë vir DNA-sintese, volgordebepaling en manipulasie na vore kom.
“Een van die voordele van hierdie stelsel is dat as ons een van die onderdele met iets nuuts, beter of vinniger wil vervang, ons net die nuwe onderdeel kan inprop,” het Nguyen gesê. “Dit gee ons meer buigsaamheid vir die toekoms.”
Boonste beeld: Navorsers by Microsoft en die Universiteit van Washington het die woord neergeskryf en getelhallodie eerste volledig outomatiese databergingstelsel in DNA te gebruik. Dit is 'n sleutelstap in die verskuiwing van nuwe tegnologie van laboratoriums na kommersiële datasentrums.
Bron: will.com