Halò! A’ chiad stòradh dàta fèin-ghluasadach san t-saoghal ann am moileciuilean DNA

Tha luchd-rannsachaidh bho Microsoft agus Oilthigh Washington air sealltainn a’ chiad shiostam stòraidh dàta làn fèin-ghluasadach, so-leughaidh airson DNA a chaidh a chruthachadh gu saor-thoileach. Tha seo na phrìomh cheum a dh’ ionnsaigh teicneòlas ùr a ghluasad bho obair-lann rannsachaidh gu ionadan dàta malairteach.

Dhearbh an luchd-leasachaidh am bun-bheachd le deuchainn shìmplidh: chuir iad a-steach am facal “hello” gu soirbheachail ann am pìosan de mholacile DNA synthetigeach agus thionndaidh iad air ais gu dàta didseatach a’ cleachdadh siostam deireadh-gu-deireadh làn fèin-ghluasadach, a tha air a mhìneachadh ann an artaigil, air fhoillseachadh 21 Màrt ann an Nature Scientific Reports.

Tha an artaigil seo air an làrach-lìn againn.

Faodaidh moileciuilean DNA fiosrachadh didseatach a stòradh aig dùmhlachd fìor àrd, is e sin, ann an àite fiosaigeach a tha mòran òrdughan meud nas lugha na an fheadhainn a tha ann an ionadan dàta an latha an-diugh. Is e seo aon de na fuasglaidhean gealltanach airson a bhith a’ stòradh an ìre mhòr de dhàta a bhios an saoghal a’ gineadh a h-uile latha, bho chlàran gnìomhachais agus bhideothan de bheathaichean grinn gu dealbhan meidigeach agus ìomhaighean bhon fhànais.

Tha Microsoft a’ rannsachadh dhòighean air a’ bheàrn a dh’ fhaodadh a bhith eadar an uiread de dhàta a bhios sinn a’ dèanamh agus tha sinn ag iarraidh a ghleidheadh, agus ar comas air an glèidheadh. Tha na dòighean sin a’ toirt a-steach leasachadh algorithms agus teicneòlasan coimpiutaireachd moileciuil airson còdachadh dàta ann an DNA fuadain. Leigidh seo leis a h-uile fiosrachadh a tha air a stòradh ann an ionad dàta mòr ùr-nodha a dhol a-steach do àite timcheall air meud grunn dhìsnean.

“Is e ar prìomh amas siostam a chuir a-steach a tha, don neach-cleachdaidh deireannach, a’ coimhead cha mhòr an aon rud ri siostam stòraidh sgòthan sam bith eile: thèid fiosrachadh a chuir chun ionad dàta agus a stòradh an sin, agus an uairsin bidh e dìreach a ’nochdadh nuair a dh’ fheumas an neach-dèiligidh e. ,” arsa neach-rannsachaidh Sr. Microsoft Karin Strauss. “Gus seo a dhèanamh, dh’ fheumadh sinn dearbhadh gu robh e ciallach bho shealladh fèin-ghluasaid. ”

Tha am fiosrachadh air a stòradh ann am moileciuilean DNA synthetigeach a chaidh a chruthachadh ann an obair-lann, seach ann an DNA dhaoine no nithean beò eile, agus faodar a chrioptachadh mus tèid a chuir chun t-siostam. Ged a tha innealan iom-fhillte leithid synthesizers agus seicheadair mar-thà a 'coileanadh prìomh phàirtean den phròiseas, tha mòran de na ceumannan eadar-mheadhanach air a bhith feumach air obair làimhe ann an obair-lann rannsachaidh gu ruige seo. “Chan eil e freagarrach airson cleachdadh malairteach,” thuirt Chris Takahashi, àrd neach-rannsachaidh aig Sgoil Coimpiutaireachd agus Innleadaireachd Paul Allen aig USF (Paul G. Allen Sgoil Saidheans Coimpiutaireachd & Innleadaireachd).

“Chan urrainn dhut daoine a bhith a’ ruith timcheall an ionad dàta le pipettes, tha e ro buailteach do mhearachd daonna, tha e ro dhaor agus bheir e suas cus àite, ”mhìnich Takahashi.

Gus am bi an dòigh stòraidh dàta seo a’ dèanamh ciall gu malairteach, feumar cosgaisean an dà chuid DNA synthesis - cruthachadh na blocaichean togail bunaiteach de shreathan brìoghmhor - agus am pròiseas sreathachaidh a dh’ fheumar gus am fiosrachadh a tha air a stòradh a leughadh. Tha luchd-rannsachaidh ag ràdh gur e seo an stiùireadh leasachadh luath.

Tha fèin-ghluasad na phrìomh phìos eile den tòimhseachan, a’ dèanamh stòradh dàta aig ìre malairteach agus nas ruigsinneach, a rèir luchd-rannsachaidh Microsoft.

Fo chumhachan sònraichte, faodaidh DNA mairsinn fada nas fhaide na siostaman stòraidh tasglann an latha an-diugh, a bhios a’ dol sìos thar deicheadan. Tha cuid de DNA air a bhith beò ann an suidheachaidhean nach eil cho math airson deichean de mhìltean de bhliadhnaichean - ann an tosgan sùbh-craoibhe agus ann an cnàmhan dhaoine tràth. Tha seo a’ ciallachadh gum faodar dàta a stòradh san dòigh seo fhad ‘s a tha daonnachd ann.

Bidh an siostam stòraidh DNA fèin-ghluasadach a’ cleachdadh bathar-bog a chaidh a leasachadh le Microsoft agus Oilthigh Washington (UW). Bidh e ag atharrachadh an fheadhainn agus na neamhan de dhàta didseatach gu sreathan de nucleotides (A, T, C agus G), a tha nam “bloighean togail” de DNA. Bidh an siostam an uairsin a’ cleachdadh uidheamachd obair-lann saor, sa mhòr-chuid far-na-sgeilp gus na lionntan agus na h-ath-bheachdan riatanach a thoirt do synthesizer, a bhios a’ cruinneachadh na mìrean DNA dèanta agus gan cur ann an soitheach stòraidh.

Nuair a dh’ fheumas an siostam fiosrachadh a tharraing, bidh e a’ cur ceimigean eile ris gus an DNA ullachadh gu ceart agus a’ cleachdadh pumpaichean microfluidic gus lionntan a phutadh a-steach do phàirtean den t-siostam a leughas na sreathan de mholacilean DNA agus a thionndaidheas iad air ais gu fiosrachadh a thuigeas coimpiutair. Tha an luchd-rannsachaidh ag ràdh nach b’ e amas a’ phròiseict a bhith a’ dearbhadh gum faodadh an siostam obrachadh gu luath no gu saor, ach gu sìmplidh a’ sealltainn gun robh fèin-ghluasad comasach.

Is e aon de na buannachdan as follaisiche bho shiostam stòraidh DNA fèin-ghluasadach gu bheil e a’ saoradh luchd-saidheans gus fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan iom-fhillte gun a bhith a’ caitheamh ùine a ’lorg botail de dh’ ath-bheachdan no an monotony bho bhith a’ cur boinneagan de leaghan a-steach do phìoban deuchainn.

“Le siostam fèin-ghluasadach airson obair ath-aithriseach a dhèanamh leigidh sin le deuchainn-lannan fòcas dìreach air rannsachadh agus ro-innleachdan ùra a leasachadh gus ùr-ghnàthachadh nas luaithe,” thuirt neach-rannsachaidh Microsoft Bihlin Nguyen.

Sgioba bho Laboratory of Molecular Information Systems Lab siostaman fiosrachaidh molecular a (MISL) mar-thà air dearbhadh gun urrainn dha dealbhan a stòradh de chait, obraichean litreachais iongantach, видео agus clàran DNA a thasgadh agus na faidhlichean sin a thoirt a-mach gun mhearachdan. Gu ruige seo, tha iad air a bhith comasach air 1 gigabyte de dhàta a stòradh ann an DNA, a 'bualadh an clàr cruinne roimhe de 200 MB.

Tha luchd-rannsachaidh cuideachd air dòighean a leasachadh airson dèan àireamhachadh brìoghmhorleithid lorg agus faighinn air ais dìreach ìomhaighean anns a bheil ubhal no baidhsagal uaine a’ cleachdadh na moileciuilean fhèin, gun a bhith a’ tionndadh na faidhlichean air ais gu cruth didseatach.

“Tha e sàbhailte a ràdh gu bheil sinn a’ faicinn breith seòrsa ùr de shiostam coimpiutair, anns a bheil moileciuilean air an cleachdadh airson stòradh dàta agus eileagtronaigeach airson smachd agus giullachd. Tha an cothlamadh seo a’ fosgladh chothroman fìor inntinneach airson an ama ri teachd," thuirt àrd-ollamh Sgoil Allen aig Oilthigh Washington. Louis Sese.

Eu-coltach ri siostaman coimpiutaireachd stèidhichte air silicon, feumaidh siostaman stòraidh agus coimpiutaireachd stèidhichte air DNA lionntan a chleachdadh gus moileciuilean a ghluasad. Ach tha lioftaichean eadar-dhealaichte ann an nàdar bho eleactronan agus feumaidh iad fuasglaidhean teicnigeach gu tur ùr.

Tha sgioba Oilthigh Washington, ann an co-obrachadh le Microsoft, cuideachd a’ leasachadh siostam prògramaichte a nì fèin-ghluasad air deuchainnean obair-lann le bhith a’ cleachdadh feartan dealain is uisge gus boinneagan a ghluasad air cliath de electrodan. Seata iomlan de bhathar-bog is bathar-cruaidh ris an canar Pùdar agus Droch-dhubh, is urrainn dha diofar lioftaichean a mheasgachadh, a sgaradh, a theasachadh no fhuarachadh agus protocolaidhean obair-lann a dhèanamh.

Is e an t-amas fèin-ghluasad a dhèanamh air deuchainnean obair-lann a thathas a’ dèanamh le làimh an-dràsta no le innealan-fuadain daor a bhios a’ làimhseachadh lionn agus a’ lughdachadh chosgaisean.

Tha na h-ath cheumannan airson sgioba MISL a’ toirt a-steach a bhith ag amalachadh siostam fèin-ghluasadach sìmplidh deireadh-gu-deireadh le teicneòlasan leithid Purple Drop, a bharrachd air teicneòlasan eile a leigeas le lorg moileciuil DNA. Rinn an luchd-rannsachaidh an siostam fèin-ghluasadach modular aca a dh’aona ghnothach gus am faodadh e a thighinn air adhart mar a nochd teicneòlasan ùra airson synthesis DNA, sreath agus làimhseachadh.

“Is e aon de bhuannachdan an t-siostam seo ma tha sinn airson rudeigin ùr, nas fheàrr no nas luaithe a chuir an àite aon de na pàirtean, is urrainn dhuinn dìreach am pàirt ùr a chuir a-steach," thuirt Nguyen. “Bheir seo barrachd sùbailteachd dhuinn airson an ama ri teachd."

Ìomhaigh gu h-àrd: Chlàr luchd-rannsachaidh bho Microsoft agus Oilthigh Washington am facal "halò", a 'cleachdadh a' chiad siostam stòraidh dàta DNA gu tur fèin-ghluasadach. Tha seo na phrìomh cheum ann a bhith a’ gluasad teicneòlas ùr bho deuchainn-lannan gu ionadan dàta malairteach.

Source: www.habr.com