Istraživači iz Microsofta i Univerziteta Washington demonstrirali su prvi potpuno automatizirani, čitljivi sistem za pohranu podataka za umjetno stvorenu DNK. Ovo je ključni korak ka premještanju nove tehnologije iz istraživačkih laboratorija u komercijalne centre podataka.
Programeri su dokazali koncept jednostavnim testom: uspješno su kodirali riječ "zdravo" u fragmente sintetičke molekule DNK i ponovo je pretvorili u digitalne podatke koristeći potpuno automatizirani end-to-end sistem, koji je opisan u , objavljen 21. marta u Nature Scientific Reports.
Molekuli DNK mogu pohraniti digitalne informacije na vrlo visokim gustinama, odnosno u fizičkom prostoru koji je mnogo redova veličine manji od onog koji zauzimaju moderni centri podataka. To je jedno od obećavajućih rješenja za pohranjivanje ogromne količine podataka koje svijet generiše svaki dan, od poslovnih zapisa i video zapisa slatkih životinja do medicinskih fotografija i slika iz svemira.
Microsoft istražuje načine da premosti potencijalni jaz između i želimo da ih sačuvamo i našu sposobnost da ih sačuvamo. Ove metode uključuju razvoj algoritama i tehnologija molekularnog računarstva za . To bi omogućilo da se sve informacije pohranjene u velikom modernom podatkovnom centru uklope u prostor veličine otprilike nekoliko kockica.
“Naš glavni cilj je pokrenuti sistem koji će krajnjem korisniku izgledati gotovo isto kao i svaki drugi sistem za pohranu podataka u oblaku: informacije se šalju u podatkovni centar i tamo pohranjuju, a onda se jednostavno pojavljuju kada su klijentu potrebne, ” kaže stariji istraživač Microsofta Karin Strauss. „Da bismo to učinili, morali smo dokazati da to ima praktičan smisao iz perspektive automatizacije.“
Informacije se pohranjuju u sintetičke molekule DNK stvorene u laboratoriji, a ne u DNK ljudi ili drugih živih bića, i mogu se šifrirati prije slanja u sistem. Iako složene mašine kao što su sintisajzeri i sekvenceri već obavljaju ključne delove procesa, mnogi od međukoraka su do sada zahtevali ručni rad u istraživačkoj laboratoriji. "Nije pogodan za komercijalnu upotrebu", rekao je Chris Takahashi, viši naučni saradnik na Paul Allen School of Computer Science and Engineering na USF ().
„Ne možete dozvoliti da ljudi trče oko centra podataka sa pipetama, previše je sklon ljudskoj grešci, preskup je i zauzima previše prostora“, objasnio je Takahashi.
Da bi ova metoda skladištenja podataka imala komercijalnog smisla, troškovi sinteze DNK – stvaranja osnovnih građevnih blokova značajnih sekvenci – i procesa sekvenciranja potrebnog za čitanje pohranjenih informacija moraju biti smanjeni. Istraživači kažu da je to pravac .
Automatizacija je još jedan ključni dio slagalice, čineći pohranu podataka na komercijalnom nivou i pristupačnijom, prema Microsoftovim istraživačima.
Pod određenim uslovima, DNK može trajati mnogo duže od savremenih arhivskih sistema za skladištenje, koji degradiraju decenijama. Deo DNK je uspeo da preživi u uslovima koji nisu bili idealni desetinama hiljada godina - u kljovama mamuta i u kostima ranih ljudi. To znači da se podaci mogu čuvati na ovaj način sve dok postoji čovječanstvo.
Automatski sistem za skladištenje DNK koristi softver koji su razvili Microsoft i Univerzitet Washington (UW). On pretvara jedinice i nule digitalnih podataka u sekvence nukleotida (A, T, C i G), koji su "građevinski blokovi" DNK. Sistem zatim koristi jeftinu, uglavnom već raspoloživu laboratorijsku opremu za snabdevanje potrebnim tečnostima i reagensima sintisajzeru, koji prikuplja proizvedene fragmente DNK i stavlja ih u kontejner za skladištenje.
Kada sistem treba da izvuče informacije, dodaje druge hemikalije kako bi pravilno pripremio DNK i koristi mikrofluidne pumpe da potisne tečnosti u delove sistema koji čitaju sekvence molekula DNK i pretvaraju ih nazad u informacije koje kompjuter može da razume. Istraživači kažu da cilj projekta nije bio dokazati da sistem može raditi brzo ili jeftino, već jednostavno pokazati da je automatizacija moguća.
Jedna od najočitijih prednosti automatizovanog sistema za skladištenje DNK je da oslobađa naučnike da rešavaju složene probleme bez gubljenja vremena na traženje boca reagenasa ili monotonije dodavanja kapi tečnosti u epruvete.
“Posjedovanje automatiziranog sistema za obavljanje ponavljajućih poslova omogućava laboratorijama da se fokusiraju direktno na istraživanje i razvijaju nove strategije za brže inovacije,” rekao je Microsoftov istraživač Bihlin Nguyen.
Tim iz Laboratorije za molekularne informacione sisteme (MISL) je već pokazao da može pohraniti fotografije mačaka, divna književna djela, i arhivirani DNK zapisi i izvući ove datoteke bez grešaka. Do danas su bili u stanju da pohrane 1 gigabajt podataka u DNK, i to pobjedom .
Istraživači su također razvili metode za kao što je pronalaženje i preuzimanje samo slika koje sadrže jabuku ili zeleni bicikl koristeći same molekule, bez pretvaranja datoteka natrag u digitalni format.
„Sa sigurnošću se može reći da smo svjedoci rođenja novog tipa kompjuterskog sistema, u kojem se molekuli koriste za pohranu podataka, a elektronika za kontrolu i obradu. Ova kombinacija otvara veoma zanimljive mogućnosti za budućnost”, rekao je profesor Alen škole na Univerzitetu Vašington. .
Za razliku od računarskih sistema zasnovanih na silicijumu, sistemi za skladištenje i računarstvo zasnovani na DNK moraju koristiti tečnosti za kretanje molekula. Ali tečnosti se po prirodi razlikuju od elektrona i zahtevaju potpuno nova tehnička rešenja.
Tim Univerziteta u Washingtonu, u suradnji s Microsoftom, također razvija programabilni sistem koji automatizira laboratorijske eksperimente koristeći svojstva struje i vode za pomicanje kapljica na mreži elektroda. Kompletan set softvera i hardvera tzv , može miješati, razdvajati, zagrijavati ili hladiti različite tekućine i izvoditi laboratorijske protokole.
Cilj je automatizirati laboratorijske eksperimente koji se trenutno izvode ručno ili skupim robotima za rukovanje tekućinama i smanjiti troškove.
Sljedeći koraci za MISL tim uključuju integraciju jednostavnog, end-to-end automatizovanog sistema sa tehnologijama kao što je Purple Drop, kao i drugim tehnologijama koje omogućavaju pretraživanje molekula DNK. Istraživači su namjerno načinili svoj automatizirani sistem modularnim kako bi mogao evoluirati kako su se pojavile nove tehnologije za sintezu DNK, sekvenciranje i manipulaciju.
“Jedna od prednosti ovog sistema je da ako želimo zamijeniti jedan od dijelova nečim novim, boljim ili bržim, možemo jednostavno priključiti novi dio”, rekao je Nguyen. “Ovo nam daje veću fleksibilnost za budućnost.”
Gornja slika: Istraživači iz Microsofta i Univerziteta Washington snimili su i prebrojali riječ "zdravo“, koristeći prvi potpuno automatizirani sistem za pohranu DNK podataka. Ovo je ključni korak u premještanju nove tehnologije iz laboratorija u komercijalne centre podataka.
izvor: www.habr.com