Investigadores de Microsoft e da Universidade de Washington demostraron o primeiro sistema de almacenamento de datos lexible e totalmente automatizado para o ADN creado artificialmente. Este é un paso clave para mover a nova tecnoloxía dos laboratorios de investigación aos centros de datos comerciais.
Os desenvolvedores demostraron o concepto cunha proba sinxela: codificaron con éxito a palabra "ola" en fragmentos dunha molécula de ADN sintético e convertérono de novo en datos dixitais mediante un sistema de extremo a extremo totalmente automatizado, que se describe en , publicado o 21 de marzo en Nature Scientific Reports.
As moléculas de ADN poden almacenar información dixital a densidades moi altas, é dicir, nun espazo físico que é moitas ordes de magnitude menor que o que ocupan os centros de datos modernos. É unha das solucións prometedoras para almacenar a gran cantidade de datos que o mundo xera todos os días, desde rexistros comerciais e vídeos de fermosos animais ata fotografías médicas e imaxes do espazo.
Microsoft está a explorar formas de salvar a diferenza potencial entre eles e queremos conservalos, e a nosa capacidade para conservalos. Estes métodos inclúen o desenvolvemento de algoritmos e tecnoloxías de computación molecular para . Isto permitiría que toda a información almacenada nun gran centro de datos moderno caiba nun espazo aproximadamente do tamaño de varios dados.
“O noso obxectivo principal é poñer en marcha un sistema que, para o usuario final, teña un aspecto case igual que calquera outro sistema de almacenamento na nube: a información envíase ao centro de datos e gárdase alí, e logo aparece simplemente cando o cliente a necesita. ” di a investigadora Sr. Microsoft Karin Strauss. "Para facelo, necesitabamos demostrar que tiña sentido práctico desde a perspectiva da automatización".
A información almacénase en moléculas de ADN sintético creadas nun laboratorio, en lugar de no ADN de humanos ou doutros seres vivos, e pódese cifrar antes de ser enviada ao sistema. Aínda que máquinas complexas como sintetizadores e secuenciadores xa realizan partes fundamentais do proceso, moitos dos pasos intermedios requirían ata agora traballo manual nun laboratorio de investigación. "Non é adecuado para uso comercial", dixo Chris Takahashi, investigador senior da Paul Allen School of Computer Science and Engineering da USF ().
"Non se pode ter xente correndo polo centro de datos con pipetas, é demasiado propenso a erros humanos, é demasiado caro e ocupa demasiado espazo", explicou Takahashi.
Para que este método de almacenamento de datos teña sentido comercialmente, débense reducir os custos tanto da síntese de ADN -creando os bloques fundamentais de secuencias significativas- como do proceso de secuenciación necesario para ler a información almacenada. Os investigadores din que esta é a dirección .
A automatización é outra peza clave do quebracabezas, facendo que o almacenamento de datos a escala comercial sexa máis accesible, segundo os investigadores de Microsoft.
En determinadas condicións, o ADN pode durar moito máis que os sistemas de almacenamento de arquivos modernos, que se degradan ao longo de décadas. Algún ADN conseguiu sobrevivir en condicións menos que ideais durante decenas de miles de anos, en colmillos de mamut e nos ósos dos primeiros humanos. Isto significa que os datos pódense almacenar deste xeito mentres exista a humanidade.
O sistema automatizado de almacenamento de ADN utiliza software desenvolvido por Microsoft e a Universidade de Washington (UW). Converte os uns e ceros dos datos dixitais en secuencias de nucleótidos (A, T, C e G), que son os "bloques de construción" do ADN. Despois, o sistema utiliza equipos de laboratorio económicos, na súa maioría dispoñibles, para subministrar os fluídos e reactivos necesarios a un sintetizador, que recolle os fragmentos de ADN fabricados e colócaos nun recipiente de almacenamento.
Cando o sistema precisa extraer información, engade outros produtos químicos para preparar adecuadamente o ADN e utiliza bombas microfluídicas para empurrar fluídos a partes do sistema que len as secuencias de moléculas de ADN e convertelas de novo en información que un ordenador pode comprender. Os investigadores din que o obxectivo do proxecto non era demostrar que o sistema podía funcionar de forma rápida ou barata, senón simplemente demostrar que a automatización era posible.
Un dos beneficios máis obvios dun sistema de almacenamento de ADN automatizado é que libera aos científicos para resolver problemas complexos sen perder o tempo buscando botellas de reactivos ou a monotonía de engadir gotas de líquido aos tubos de ensaio.
"Ter un sistema automatizado para facer traballos repetitivos permite aos laboratorios centrarse directamente na investigación e desenvolver novas estratexias para innovar máis rápido", dixo o investigador de Microsoft Bihlin Nguyen.
Equipo do Laboratorio de Sistemas de Información Molecular (MISL) xa demostrou que pode almacenar fotografías de gatos, obras literarias marabillosas, e rexistros de ADN arquivados e extraer estes ficheiros sen erros. Ata a data, foron capaces de almacenar 1 gigabyte de datos no ADN, batendo .
Os investigadores tamén desenvolveron métodos para como atopar e recuperar só imaxes que conteñan unha mazá ou unha bicicleta verde utilizando as propias moléculas, sen volver converter os ficheiros a formato dixital.
“É seguro dicir que asistimos ao nacemento dun novo tipo de sistema informático, no que as moléculas se utilizan para o almacenamento de datos e a electrónica para o seu control e procesamento. Esta combinación abre posibilidades moi interesantes para o futuro”, dixo o profesor da Allen School da Universidade de Washington. .
A diferenza dos sistemas de computación baseados en silicio, os sistemas de almacenamento e computación baseados en ADN deben usar fluídos para mover moléculas. Pero os líquidos son de natureza diferente dos electróns e requiren solucións técnicas completamente novas.
O equipo da Universidade de Washington, en colaboración con Microsoft, tamén está a desenvolver un sistema programable que automatiza experimentos de laboratorio utilizando as propiedades da electricidade e da auga para mover as pingas nunha reixa de electrodos. Un conxunto completo de software e hardware chamado , pode mesturar, separar, quentar ou arrefriar diversos líquidos e realizar protocolos de laboratorio.
O obxectivo é automatizar os experimentos de laboratorio que actualmente se realizan manualmente ou mediante caros robots de manipulación de líquidos e reducir os custos.
Os próximos pasos para o equipo de MISL inclúen a integración dun sistema automatizado sinxelo de extremo a extremo con tecnoloxías como Purple Drop, así como outras tecnoloxías que permiten buscar moléculas de ADN. Os investigadores modularan deliberadamente o seu sistema automatizado para que puidese evolucionar a medida que xurdiron novas tecnoloxías para a síntese, a secuenciación e a manipulación de ADN.
"Unha das vantaxes deste sistema é que se queremos substituír unha das pezas por algo novo, mellor ou máis rápido, simplemente podemos conectar a nova parte", dixo Nguyen. "Isto dános máis flexibilidade para o futuro".
Imaxe superior: investigadores de Microsoft e da Universidade de Washington gravaron e contaron a palabra "Ola", utilizando o primeiro sistema de almacenamento de datos de ADN totalmente automatizado. Este é un paso clave para mover a nova tecnoloxía dos laboratorios aos centros de datos comerciais.
Fonte: www.habr.com