Investigadors de Microsoft i la Universitat de Washington han demostrat el primer sistema d'emmagatzematge de dades llegible i totalment automatitzat per a l'ADN creat artificialment. Aquest és un pas clau per traslladar la nova tecnologia dels laboratoris de recerca als centres de dades comercials.
Els desenvolupadors van demostrar el concepte amb una prova senzilla: van codificar amb èxit la paraula "hola" en fragments d'una molècula d'ADN sintètic i la van tornar a convertir en dades digitals mitjançant un sistema d'extrem a extrem totalment automatitzat, que es descriu a , publicat el 21 de març a Nature Scientific Reports.
Les molècules d'ADN poden emmagatzemar informació digital a densitats molt elevades, és a dir, en un espai físic que és molts ordres de magnitud més petit que el que ocupen els centres de dades moderns. És una de les solucions prometedores per emmagatzemar la gran quantitat de dades que el món genera cada dia, des de registres comercials i vídeos d'animals simpàtics fins a fotografies mèdiques i imatges de l'espai.
Microsoft està explorant maneres de superar la bretxa potencial entre ells i volem preservar, i la nostra capacitat de preservar-los. Aquests mètodes inclouen el desenvolupament d'algorismes i tecnologies de computació molecular per . Això permetria que tota la informació emmagatzemada en un gran centre de dades modern cabi en un espai aproximadament de la mida de diversos daus.
“El nostre objectiu principal és posar en marxa un sistema que, per a l'usuari final, tingui gairebé el mateix aspecte que qualsevol altre sistema d'emmagatzematge al núvol: la informació s'envia al centre de dades i s'hi emmagatzema, i després simplement apareix quan el client la necessita. ” diu Karin Strauss, investigadora principal de Microsoft. "Per fer-ho, havíem de demostrar que tenia sentit pràctic des d'una perspectiva d'automatització".
La informació s'emmagatzema en molècules d'ADN sintètic creades en un laboratori, més que en l'ADN dels humans o d'altres éssers vius, i es pot xifrar abans de ser enviada al sistema. Tot i que les màquines complexes com els sintetitzadors i els seqüenciadors ja realitzen parts clau del procés, molts dels passos intermedis fins ara requerien mà d'obra en un laboratori d'investigació. "No és adequat per a ús comercial", va dir Chris Takahashi, investigador sènior de la Paul Allen School of Computer Science and Engineering de la USF ().
"No es pot tenir gent corrent pel centre de dades amb pipetes, és massa propens a errors humans, és massa car i ocupa massa espai", va explicar Takahashi.
Perquè aquest mètode d'emmagatzematge de dades tingui sentit comercialment, s'han de reduir els costos tant de la síntesi d'ADN (creant els blocs de construcció fonamentals de seqüències significatives) com del procés de seqüenciació necessari per llegir la informació emmagatzemada. Els investigadors diuen que aquesta és la direcció .
L'automatització és una altra peça clau del trencaclosques, fent que l'emmagatzematge de dades a escala comercial i sigui més assequible, segons els investigadors de Microsoft.
En determinades condicions, l'ADN pot durar molt més que els sistemes d'emmagatzematge d'arxius moderns, que es degraden al llarg de dècades. Part d'ADN ha aconseguit sobreviure en condicions menys que ideals durant desenes de milers d'anys, en ullals de mamut i en els ossos dels primers humans. Això vol dir que les dades es poden emmagatzemar d'aquesta manera mentre existeixi la humanitat.
El sistema d'emmagatzematge d'ADN automatitzat utilitza programari desenvolupat per Microsoft i la Universitat de Washington (UW). Converteix els uns i els zeros de les dades digitals en seqüències de nucleòtids (A, T, C i G), que són els "blocs de construcció" de l'ADN. Aleshores, el sistema utilitza equips de laboratori econòmics, majoritàriament comercials, per subministrar els fluids i reactius necessaris a un sintetitzador, que recull els fragments d'ADN fabricats i els col·loca en un recipient d'emmagatzematge.
Quan el sistema necessita extreure informació, afegeix altres productes químics per preparar adequadament l'ADN i utilitza bombes microfluídiques per empènyer fluids a parts del sistema que llegeixen les seqüències de molècules d'ADN i les converteixen de nou en informació que un ordinador pot entendre. Els investigadors diuen que l'objectiu del projecte no era demostrar que el sistema podia funcionar de manera ràpida o barata, sinó simplement demostrar que l'automatització era possible.
Un dels avantatges més evidents d'un sistema d'emmagatzematge d'ADN automatitzat és que allibera els científics per resoldre problemes complexos sense perdre el temps buscant ampolles de reactius o la monotonia d'afegir gotes de líquid als tubs d'assaig.
"Tenir un sistema automatitzat per fer treballs repetitius permet als laboratoris centrar-se directament en la investigació i desenvolupar noves estratègies per innovar més ràpidament", va dir l'investigador de Microsoft Bihlin Nguyen.
Equip del Laboratori de Sistemes d'Informació Molecular (MISL) ja ha demostrat que pot emmagatzemar fotografies de gats, meravelloses obres de la literatura, i registres d'ADN arxivats i extreure aquests fitxers sense errors. Fins ara, han estat capaços d'emmagatzemar 1 gigabyte de dades a l'ADN, batent .
Els investigadors també han desenvolupat mètodes per com ara trobar i recuperar només imatges que continguin una poma o una bicicleta verda utilitzant les mateixes molècules, sense tornar els fitxers a format digital.
“És segur dir que assistim al naixement d'un nou tipus de sistema informàtic, en el qual les molècules s'utilitzen per a l'emmagatzematge de dades i l'electrònica per al control i el processament. Aquesta combinació obre possibilitats molt interessants per al futur", va dir el professor de l'Allen School de la Universitat de Washington. .
A diferència dels sistemes informàtics basats en silici, els sistemes informàtics i d'emmagatzematge basats en ADN han d'utilitzar fluids per moure molècules. Però els líquids són de naturalesa diferent als electrons i requereixen solucions tècniques completament noves.
L'equip de la Universitat de Washington, en col·laboració amb Microsoft, també està desenvolupant un sistema programable que automatitza els experiments de laboratori utilitzant les propietats de l'electricitat i l'aigua per moure les gotes en una xarxa d'elèctrodes. Un conjunt complet de programari i maquinari anomenat , pot barrejar, separar, escalfar o refredar diversos líquids i realitzar protocols de laboratori.
L'objectiu és automatitzar els experiments de laboratori que actualment es realitzen manualment o amb costosos robots de manipulació de líquids i reduir costos.
Els propers passos per a l'equip de MISL inclouen la integració d'un sistema automatitzat senzill d'extrem a extrem amb tecnologies com Purple Drop, així com altres tecnologies que permeten la cerca de molècules d'ADN. Els investigadors van fer deliberadament modular el seu sistema automatitzat perquè pogués evolucionar a mesura que van sorgir noves tecnologies per a la síntesi, la seqüenciació i la manipulació d'ADN.
"Un dels avantatges d'aquest sistema és que si volem substituir una de les peces per alguna cosa nova, millor o més ràpida, només podem connectar la nova part", va dir Nguyen. "Això ens dóna més flexibilitat per al futur".
Imatge superior: investigadors de Microsoft i la Universitat de Washington van gravar i comptar la paraula "Hola", utilitzant el primer sistema d'emmagatzematge de dades d'ADN totalment automatitzat. Aquest és un pas clau per traslladar la nova tecnologia dels laboratoris als centres de dades comercials.
Font: www.habr.com