Mae ymchwilwyr o Microsoft a Phrifysgol Washington wedi dangos y system storio data gwbl awtomataidd, ddarllenadwy gyntaf ar gyfer DNA a grëwyd yn artiffisial. Mae hwn yn gam allweddol tuag at symud technoleg newydd o labordai ymchwil i ganolfannau data masnachol.
Profodd y datblygwyr y cysyniad gyda phrawf syml: gwnaethant amgodio'r gair "helo" yn llwyddiannus yn ddarnau o foleciwl DNA synthetig a'i drawsnewid yn ôl yn ddata digidol gan ddefnyddio system gwbl awtomataidd o'r dechrau i'r diwedd, a ddisgrifir yn , a gyhoeddwyd Mawrth 21 yn Nature Scientific Reports.
Gall moleciwlau DNA storio gwybodaeth ddigidol ar ddwysedd uchel iawn, hynny yw, mewn gofod ffisegol sydd â llawer o orchmynion maint yn llai na'r hyn a ddefnyddir gan ganolfannau data modern. Mae'n un o'r atebion addawol ar gyfer storio'r swm helaeth o ddata y mae'r byd yn ei gynhyrchu bob dydd, o gofnodion busnes a fideos o anifeiliaid ciwt i ffotograffau meddygol a delweddau o'r gofod.
Mae Microsoft yn archwilio ffyrdd o bontio'r bwlch posibl rhwng ac yr ydym am eu cadw, a'n gallu i'w cadw. Mae'r dulliau hyn yn cynnwys datblygu algorithmau a thechnolegau cyfrifiadura moleciwlaidd ar gyfer . Byddai hyn yn caniatáu i'r holl wybodaeth sy'n cael ei storio mewn canolfan ddata fodern fawr ffitio i mewn i ofod tua maint sawl dis.
“Ein prif nod yw cynhyrchu system sydd, i'r defnyddiwr terfynol, yn edrych bron yr un fath ag unrhyw system storio cwmwl arall: anfonir gwybodaeth i'r ganolfan ddata a'i storio yno, ac yna mae'n ymddangos yn syml pan fydd ei angen ar y cleient. ,” meddai ymchwilydd Sr Microsoft, Karin Strauss. “I wneud hyn, roedd angen i ni brofi ei fod yn gwneud synnwyr ymarferol o safbwynt awtomeiddio.”
Mae'r wybodaeth yn cael ei storio mewn moleciwlau DNA synthetig a grëwyd mewn labordy, yn hytrach nag yn DNA bodau dynol neu bethau byw eraill, a gellir ei hamgryptio cyn ei hanfon i'r system. Er bod peiriannau cymhleth fel syntheseisyddion a dilynwyr eisoes yn perfformio rhannau allweddol o'r broses, hyd yma mae llawer o'r camau canolradd wedi gofyn am lafur llaw mewn labordy ymchwil. “Nid yw’n addas ar gyfer defnydd masnachol,” meddai Chris Takahashi, uwch gymrawd ymchwil yn Ysgol Cyfrifiadureg a Pheirianneg Paul Allen yn USF ().
“Ni allwch gael pobl yn rhedeg o amgylch y ganolfan ddata gyda phibedau, mae'n rhy agored i gamgymeriadau dynol, mae'n rhy ddrud ac mae'n cymryd gormod o le,” esboniodd Takahashi.
Er mwyn i'r dull storio data hwn wneud synnwyr yn fasnachol, rhaid lleihau costau synthesis DNA - creu blociau adeiladu sylfaenol dilyniannau ystyrlon - a'r broses ddilyniannu sydd ei hangen i ddarllen y wybodaeth sydd wedi'i storio. Dywed ymchwilwyr mai dyma'r cyfeiriad .
Mae awtomeiddio yn ddarn allweddol arall o'r pos, gan wneud storio data ar raddfa fasnachol ac yn fwy fforddiadwy, yn ôl ymchwilwyr Microsoft.
O dan amodau penodol, gall DNA bara llawer hirach na systemau storio archifol modern, sy'n diraddio dros ddegawdau. Mae rhywfaint o DNA wedi llwyddo i oroesi mewn amodau llai na delfrydol am ddegau o filoedd o flynyddoedd - mewn ysgithrau mamoth ac yn esgyrn bodau dynol cynnar. Mae hyn yn golygu y gellir storio data yn y modd hwn cyhyd â bod dynoliaeth yn bodoli.
Mae'r system storio DNA awtomataidd yn defnyddio meddalwedd a ddatblygwyd gan Microsoft a Phrifysgol Washington (PC). Mae'n trosi rhai a sero data digidol yn ddilyniannau o niwcleotidau (A, T, C a G), sef “blociau adeiladu” DNA. Yna mae'r system yn defnyddio offer labordy rhad, oddi ar y silff yn bennaf, i gyflenwi'r hylifau a'r adweithyddion angenrheidiol i syntheseisydd, sy'n casglu'r darnau DNA ffug a'u gosod mewn cynhwysydd storio.
Pan fydd angen i'r system echdynnu gwybodaeth, mae'n ychwanegu cemegau eraill i baratoi'r DNA yn gywir ac yn defnyddio pympiau microhylifol i wthio hylifau i rannau o'r system sy'n darllen dilyniannau moleciwlau DNA a'u trosi'n ôl yn wybodaeth y gall cyfrifiadur ei deall. Dywed yr ymchwilwyr nad nod y prosiect oedd profi y gallai'r system weithio'n gyflym neu'n rhad, ond yn syml i ddangos bod awtomeiddio yn bosibl.
Un o fanteision amlycaf system storio DNA awtomataidd yw ei fod yn rhyddhau gwyddonwyr i ddatrys problemau cymhleth heb wastraffu amser yn chwilio am boteli o adweithyddion nac undonedd ychwanegu diferion hylif i mewn i diwbiau profi.
“Mae cael system awtomataidd i wneud gwaith ailadroddus yn caniatáu i labordai ganolbwyntio’n uniongyrchol ar ymchwil a datblygu strategaethau newydd i arloesi’n gyflymach,” meddai ymchwilydd Microsoft, Bihlin Nguyen.
Tîm o'r Labordy Systemau Gwybodaeth Moleciwlaidd (MISL) eisoes wedi dangos y gall storio ffotograffau o gathod, gweithiau llenyddol gwych, ac archifo cofnodion DNA a thynnu'r ffeiliau hyn heb wallau. Hyd yn hyn, maent wedi gallu storio 1 gigabeit o ddata mewn DNA, gan guro .
Mae ymchwilwyr hefyd wedi datblygu dulliau ar gyfer megis darganfod ac adalw dim ond delweddau sy'n cynnwys afal neu feic gwyrdd gan ddefnyddio'r moleciwlau eu hunain, heb drosi'r ffeiliau yn ôl i fformat digidol.
“Mae’n ddiogel dweud ein bod yn dyst i enedigaeth math newydd o system gyfrifiadurol, lle mae moleciwlau’n cael eu defnyddio ar gyfer storio data ac electroneg ar gyfer rheoli a phrosesu. Mae’r cyfuniad hwn yn agor posibiliadau diddorol iawn ar gyfer y dyfodol, ”meddai athro Ysgol Allen ym Mhrifysgol Washington. .
Yn wahanol i systemau cyfrifiadurol sy'n seiliedig ar silicon, rhaid i systemau storio a chyfrifiadurol DNA ddefnyddio hylifau i symud moleciwlau. Ond mae hylifau yn wahanol eu natur i electronau ac mae angen atebion technegol cwbl newydd arnynt.
Mae tîm Prifysgol Washington, mewn cydweithrediad â Microsoft, hefyd yn datblygu system raglenadwy sy'n awtomeiddio arbrofion labordy trwy ddefnyddio priodweddau trydan a dŵr i symud defnynnau ar grid o electrodau. Set gyflawn o feddalwedd a chaledwedd o'r enw , yn gallu cymysgu, gwahanu, gwresogi neu oeri hylifau amrywiol a pherfformio protocolau labordy.
Y nod yw awtomeiddio arbrofion labordy sy'n cael eu perfformio â llaw ar hyn o bryd neu gan robotiaid trin hylif drud a lleihau costau.
Mae camau nesaf tîm MISL yn cynnwys integreiddio system awtomataidd syml o un pen i’r llall â thechnolegau fel Purple Drop, yn ogystal â thechnolegau eraill sy’n galluogi chwilio am foleciwlau DNA. Gwnaeth yr ymchwilwyr eu system awtomataidd yn fodiwlaidd yn fwriadol fel y gallai esblygu wrth i dechnolegau newydd ar gyfer synthesis, dilyniannu a thrin DNA ddod i'r amlwg.
“Un o fanteision y system hon yw, os ydym am ddisodli un o’r rhannau â rhywbeth newydd, gwell neu gyflymach, fe allwn ni blygio’r rhan newydd i mewn,” meddai Nguyen. “Mae hyn yn rhoi mwy o hyblygrwydd i ni ar gyfer y dyfodol.”
Delwedd uchaf: Fe wnaeth ymchwilwyr o Microsoft a Phrifysgol Washington recordio a chyfrif y gair "helo", gan ddefnyddio'r system storio data DNA cwbl awtomataidd gyntaf. Mae hwn yn gam allweddol wrth symud technoleg newydd o labordai i ganolfannau data masnachol.
Ffynhonnell: hab.com