Microsofti ja Washingtoni ülikooli teadlased on demonstreerinud esimest täielikult automatiseeritud, loetavat andmesalvestussüsteemi kunstlikult loodud DNA jaoks. See on oluline samm uue tehnoloogia viimisel uurimislaboritest kommertsandmekeskustesse.
Arendajad tõestasid kontseptsiooni lihtsa testiga: nad kodeerisid edukalt sõna "tere" sünteetilise DNA molekuli fragmentideks ja teisendasid selle tagasi digitaalseteks andmeteks, kasutades täielikult automatiseeritud otsast lõpuni süsteemi, mida kirjeldatakse , avaldati 21. märtsil ajakirjas Nature Scientific Reports.
DNA molekulid suudavad salvestada digitaalset teavet väga suure tihedusega, st füüsilises ruumis, mis on palju suurusjärgus väiksem kui tänapäevaste andmekeskuste oma. See on üks paljutõotav lahendus tohutu hulga andmete salvestamiseks, mida maailm iga päev genereerib, alates äridokumentidest ja videotest armsatest loomadest kuni meditsiiniliste fotode ja kosmosepiltideni.
Microsoft uurib võimalusi võimaliku lõhe ületamiseks ja me tahame neid säilitada ning meie võimet neid säilitada. Need meetodid hõlmavad algoritmide ja molekulaararvutustehnoloogiate väljatöötamist . See võimaldaks kogu suures kaasaegses andmekeskuses salvestatud teabe mahutada ligikaudu mitme täringu suurusesse ruumi.
„Meie põhieesmärk on käivitada süsteem, mis näeb lõppkasutaja jaoks välja peaaegu samasugune nagu mis tahes muu pilvesalvestussüsteem: info saadetakse andmekeskusesse ja salvestatakse seal, mis siis lihtsalt ilmub, kui klient seda vajab, ” ütleb vanem Microsofti teadur Karin Strauss. "Selleks pidime tõestama, et see on automatiseerimise seisukohast praktiline."
Teave salvestatakse laboris loodud sünteetilistesse DNA molekulidesse, mitte inimeste või muude elusolendite DNA-sse ning seda saab enne süsteemi saatmist krüpteerida. Kuigi keerulised masinad, nagu süntesaatorid ja sekvenaatorid, täidavad juba protsessi põhiosi, on paljud vahepealsed sammud siiani nõudnud uurimislaboris käsitsitööd. "See ei sobi kommertskasutuseks," ütles USF-i Paul Alleni arvutiteaduste ja -tehnika kooli vanemteadur Chris Takahashi.).
"Te ei saa lasta inimestel pipetidega andmekeskuses ringi joosta, see on liiga altid inimlikele eksimustele, on liiga kallis ja võtab liiga palju ruumi," selgitas Takahashi.
Et see andmesalvestusmeetod oleks äriliselt mõttekas, tuleb vähendada nii DNA sünteesi – tähenduslike järjestuste põhiliste ehitusplokkide loomise – kui ka salvestatud teabe lugemiseks vajaliku sekveneerimisprotsessi kulusid. Teadlaste sõnul on see suund .
Microsofti teadlaste sõnul on automatiseerimine veel üks võtmeelement, mis muudab andmete salvestamise kaubanduslikuks ja taskukohasemaks.
Teatud tingimustel võib DNA kesta palju kauem kui tänapäevased arhiivisalvestussüsteemid, mis lagunevad aastakümnete jooksul. Osa DNA-d on suutnud kümneid tuhandeid aastaid ellu jääda ideaalsest ebasoodsamas olukorras – mammuti kihvades ja varajaste inimeste luudes. See tähendab, et andmeid saab nii kaua säilitada, kuni inimkond eksisteerib.
Automatiseeritud DNA salvestussüsteem kasutab Microsofti ja Washingtoni ülikooli (UW) väljatöötatud tarkvara. See teisendab digitaalsete andmete ühed ja nullid nukleotiidide järjestusteks (A, T, C ja G), mis on DNA "ehituskivid". Seejärel kasutab süsteem odavaid, enamasti müügil olevaid laboriseadmeid, et varustada vajalike vedelike ja reaktiividega süntesaatorit, mis kogub kokku valmistatud DNA fragmendid ja asetab need säilitusmahutisse.
Kui süsteemil on vaja teavet eraldada, lisab see DNA nõuetekohaseks ettevalmistamiseks muid kemikaale ja kasutab mikrofluidipumpasid vedelike surumiseks süsteemi osadesse, mis loevad DNA molekulide järjestusi ja muudavad need tagasi arvutile arusaadavaks teabeks. Teadlaste sõnul ei olnud projekti eesmärk tõestada, et süsteem võib kiiresti või odavalt töötada, vaid lihtsalt näidata, et automatiseerimine on võimalik.
Üks automatiseeritud DNA salvestussüsteemi ilmsemaid eeliseid on see, et see vabastab teadlased keeruliste probleemide lahendamisel, ilma et nad raiskaksid aega reaktiivipudelite otsimisele või vedelikutilkade katseklaasidesse lisamise monotoonsusele.
"Automatiseeritud süsteem korduva töö tegemiseks võimaldab laboritel keskenduda otse uurimistööle ja töötada välja uusi strateegiaid, et kiiremini uuendusi teha," ütles Microsofti teadlane Bihlin Nguyen.
Molekulaarsete infosüsteemide labori meeskond (MISL) on juba näidanud, et suudab talletada kasside fotosid, imelisi kirjandusteoseid, ja arhiveerinud DNA-kirjed ning ekstraktida need failid vigadeta. Praeguseks on nad suutnud salvestada DNA-sse 1 gigabaidi andmeid, pekstes .
Teadlased on välja töötanud ka meetodid nagu näiteks ainult õuna või rohelist jalgratast sisaldavate piltide leidmine ja toomine molekulide endi abil, ilma faile tagasi digitaalvormingusse teisendamata.
«Võib julgelt öelda, et oleme tunnistajaks uut tüüpi arvutisüsteemi sünnile, milles molekule kasutatakse andmete salvestamiseks ning elektroonikat juhtimiseks ja töötlemiseks. See kombinatsioon avab tulevikuks väga huvitavaid võimalusi,“ ütles Alleni kooli professor Washingtoni ülikoolist. .
Erinevalt ränipõhistest arvutussüsteemidest peavad DNA-põhised salvestus- ja arvutussüsteemid kasutama molekulide liigutamiseks vedelikke. Kuid vedelikud erinevad oma olemuselt elektronidest ja nõuavad täiesti uusi tehnilisi lahendusi.
Washingtoni ülikooli meeskond arendab koostöös Microsoftiga ka programmeeritavat süsteemi, mis automatiseerib laborikatseid, kasutades elektri ja vee omadusi elektroodide võrgul olevate tilkade liigutamiseks. Täielik tarkvara ja riistvara nn , saab segada, eraldada, soojendada või jahutada erinevaid vedelikke ning sooritada laboriprotokolle.
Eesmärk on automatiseerida laborikatsed, mida praegu tehakse käsitsi või kallite vedelikukäitlusrobotite abil, ja vähendada kulusid.
MISL-i meeskonna järgmised sammud hõlmavad lihtsa, täisautomaatse süsteemi integreerimist selliste tehnoloogiatega nagu Purple Drop, aga ka muid tehnoloogiaid, mis võimaldavad DNA molekulide otsimist. Teadlased muutsid oma automatiseeritud süsteemi teadlikult modulaarseks, et see saaks areneda, kui tekkisid uued DNA sünteesi, järjestuse ja manipuleerimise tehnoloogiad.
"Üks selle süsteemi eeliseid on see, et kui tahame asendada ühe osa millegi uue, parema või kiirema vastu, saame lihtsalt uue osa ühendada," ütles Nguyen. "See annab meile tulevikuks rohkem paindlikkust."
Ülemine pilt: Microsofti ja Washingtoni ülikooli teadlased salvestasid ja loendasid sõna "tere", kasutades esimest täielikult automatiseeritud DNA andmesalvestussüsteemi. See on oluline samm uue tehnoloogia viimisel laboritest kommertsandmekeskustesse.
Allikas: www.habr.com