Esploristoj de Mikrosofto kaj la Universitato de Vaŝingtono pruvis la unuan plene aŭtomatigitan, legeblan datumstokadosistemon por artefarite kreita DNA. Ĉi tio estas ŝlosila paŝo por movi novan teknologion de esploraj laboratorioj al komercaj datumcentroj.
La programistoj pruvis la koncepton per simpla testo: ili sukcese kodis la vorton "saluton" en fragmentojn de sinteza DNA-molekulo kaj konvertis ĝin reen en ciferecajn datumojn per plene aŭtomatigita fin-al-fina sistemo, kiu estas priskribita en , publikigita la 21-an de marto en Nature Scientific Reports.
DNA-molekuloj povas stoki ciferecajn informojn ĉe tre altaj densecoj, tio estas, en fizika spaco kiu estas multaj grandordoj pli malgranda ol tiu okupata de modernaj datencentroj. Ĝi estas unu el la esperigaj solvoj por stoki la vastan kvanton da datumoj, kiujn la mondo generas ĉiutage, de komercaj rekordoj kaj filmetoj de belaj bestoj ĝis medicinaj fotoj kaj bildoj de la spaco.
Mikrosofto esploras manierojn por limigi la eblan interspacon kaj ni volas konservi, kaj nian kapablon konservi ilin. Ĉi tiuj metodoj inkluzivas la disvolviĝon de algoritmoj kaj molekula komputiko teknologioj por . Ĉi tio permesus al ĉiuj informoj konservitaj en granda moderna datumcentro konveni en spacon proksimume la grandecon de pluraj ĵetkuboj.
"Nia ĉefa celo estas lanĉi sistemon kiu, al la fina uzanto, aspektos preskaŭ sama kiel ajna alia nuba stokado sistemo: informoj estas senditaj al la datumcentro kaj stokitaj tie, kaj tiam ĝi simple aperas kiam la kliento bezonas ĝin, ” diras S-ro Microsoft-esploristo Karin Strauss. "Por fari tion, ni devis pruvi, ke ĝi havas praktikan sencon de aŭtomatiga perspektivo."
La informoj estas stokitaj en sintezaj DNA-molekuloj kreitaj en laboratorio, prefere ol en la DNA de homoj aŭ aliaj vivaĵoj, kaj povas esti ĉifritaj antaŭ esti senditaj al la sistemo. Kvankam kompleksaj maŝinoj kiel sinteziloj kaj sekvenciloj jam plenumas ŝlosilajn partojn de la procezo, multaj el la mezaj paŝoj ĝis nun postulis manlaboron en esplorlaboratorio. "Ĝi ne taŭgas por komerca uzo," diris Chris Takahashi, altranga esploristo ĉe la Paul Allen School of Computer Science and Engineering ĉe USF ().
"Vi ne povas havi homojn kurantajn ĉirkaŭ la datumcentro per pipetoj, ĝi estas tro ema al homa eraro, ĝi estas tro multekosta kaj ĝi okupas tro da spaco," klarigis Takahashi.
Por ke ĉi tiu datumstokado-metodo havu sencon komerce, la kostoj de kaj DNA-sintezo - kreante la fundamentajn konstrubriketojn de signifaj sekvencoj - kaj la sekvencprocezo necesa por legi la stokitajn informojn devas esti reduktitaj. Esploristoj diras, ke ĉi tiu estas la direkto .
Aŭtomatigo estas alia ŝlosila peco de la enigmo, farante datumstokadon je komerca skalo kaj pli pagebla, laŭ Microsoft-esploristoj.
Sub certaj kondiĉoj, DNA povas daŭri multe pli longe ol modernaj arkivsistemoj, kiuj degradas dum jardekoj. Iu DNA sukcesis pluvivi en malpli ol idealaj kondiĉoj dum dekoj de miloj da jaroj - en gigantaj dentegoj kaj en la ostoj de fruaj homoj. Ĉi tio signifas, ke datumoj povas esti konservitaj tiamaniere tiel longe kiel la homaro ekzistas.
La aŭtomatigita DNA-stokado-sistemo uzas softvaron evoluigitan fare de Mikrosofto kaj la Vaŝingtona Universitato (UW). Ĝi konvertas la unujn kaj nulojn de ciferecaj datumoj en sekvencojn de nukleotidoj (A, T, C kaj G), kiuj estas la "konstrubriketoj" de DNA. La sistemo tiam uzas nekostan, plejparte nekostan, laboratorian ekipaĵon por provizi la necesajn fluidojn kaj reakcilojn al sintezilo, kiu kolektas la fabrikitajn DNA-fragmentojn kaj metas ilin en stokadujon.
Kiam la sistemo bezonas eltiri informojn, ĝi aldonas aliajn kemiaĵojn por konvene prepari la DNA kaj uzas mikrofluidajn pumpilojn por puŝi fluidojn en partojn de la sistemo, kiuj legas la sekvencojn de DNA-molekuloj kaj konverti ilin reen en informojn, kiujn komputilo povas kompreni. La esploristoj diras, ke la celo de la projekto estis ne pruvi, ke la sistemo povus funkcii rapide aŭ malmultekoste, sed simple montri, ke aŭtomatigo eblas.
Unu el la plej evidentaj avantaĝoj de aŭtomatigita DNA-stokado-sistemo estas ke ĝi liberigas sciencistojn solvi kompleksajn problemojn sen perdi tempon serĉante botelojn da reakciiloj aŭ la monotoneco de aldoni gutojn da likvaĵo en provtuboj.
"Havi aŭtomatigitan sistemon por fari ripetan laboron permesas al laboratorioj koncentriĝi rekte pri esplorado kaj evoluigi novajn strategiojn por novigi pli rapide," diris Microsoft-esploristo Bihlin Nguyen.
Teamo de la Laboratorio de Molekulaj Informo-Sistemoj (MISL) jam pruvis, ke ĝi povas konservi fotojn de katoj, mirindajn literaturaĵojn, kaj arkivis DNA-rekordojn kaj ĉerpas ĉi tiujn dosierojn sen eraroj. Ĝis nun, ili povis stoki 1 gigabajton da datumoj en DNA, batante .
Esploristoj ankaŭ evoluigis metodojn por kiel trovi kaj retrovi nur bildojn kiuj enhavas pomon aŭ verdan biciklon uzante la molekulojn mem, sen konverti la dosierojn reen al cifereca formato.
"Estas sekure diri, ke ni atestas la naskiĝon de nova speco de komputila sistemo, en kiu molekuloj estas uzataj por datumstokado kaj elektroniko por kontrolo kaj prilaborado. Ĉi tiu kombinaĵo malfermas tre interesajn eblecojn por la estonteco,” diris la profesoro de Allen School ĉe la Vaŝingtona Universitato. .
Male al silicio-bazitaj komputiksistemoj, DNA-bazitaj stokado kaj komputiksistemoj devas uzi fluidojn por movi molekulojn. Sed likvaĵoj estas diferencaj en naturo de elektronoj kaj postulas tute novajn teknikajn solvojn.
La teamo de Vaŝingtona Universitato, kunlabore kun Mikrosofto, ankaŭ disvolvas programeblan sistemon, kiu aŭtomatigas laboratoriajn eksperimentojn uzante la ecojn de elektro kaj akvo por movi gutetojn sur krado de elektrodoj. Kompleta aro de programaro kaj aparataro vokis , povas miksi, apartigi, varmigi aŭ malvarmigi diversajn likvaĵojn kaj plenumi laboratoriajn protokolojn.
La celo estas aŭtomatigi laboratoriajn eksperimentojn kiuj estas nuntempe faritaj permane aŭ per multekostaj likv-traktantaj robotoj kaj redukti kostojn.
Venontaj paŝoj por la MISL-teamo inkluzivas integri simplan, fin-al-finan aŭtomatigitan sistemon kun teknologioj kiel Purple Drop, same kiel aliajn teknologiojn, kiuj ebligas serĉadon de DNA-molekuloj. La esploristoj intence igis sian aŭtomatigitan sistemon modula por ke ĝi povu evolui dum novaj teknologioj por DNA-sintezo, sekvencado kaj manipulado aperis.
"Unu el la avantaĝoj de ĉi tiu sistemo estas, ke se ni volas anstataŭigi unu el la partoj per io nova, pli bona aŭ pli rapida, ni povas simple ŝtopi la novan parton," diris Nguyen. "Ĉi tio donas al ni pli da fleksebleco por la estonteco."
Ĉefa bildo: Esploristoj de Microsoft kaj la Vaŝingtona Universitato registris kaj nombris la vorton "saluton", uzante la unuan plene aŭtomatigitan DNA-datumstokadosistemon. Ĉi tio estas ŝlosila paŝo por movi novan teknologion de laboratorioj al komercaj datumcentroj.
fonto: www.habr.com