નમસ્તે! DNA પરમાણુઓમાં વિશ્વનું પ્રથમ સ્વચાલિત ડેટા સ્ટોરેજ

માઈક્રોસોફ્ટ અને યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટનના સંશોધકોએ કૃત્રિમ રીતે બનાવેલ ડીએનએ માટે પ્રથમ સંપૂર્ણ સ્વચાલિત, વાંચી શકાય તેવી ડેટા સ્ટોરેજ સિસ્ટમનું નિદર્શન કર્યું છે. રિસર્ચ લેબ્સમાંથી કોમર્શિયલ ડેટા સેન્ટર્સમાં નવી ટેક્નોલોજીને ખસેડવાની દિશામાં આ એક મુખ્ય પગલું છે.

વિકાસકર્તાઓએ એક સરળ પરીક્ષણ દ્વારા ખ્યાલને સાબિત કર્યો: તેઓએ "હેલો" શબ્દને સિન્થેટીક ડીએનએ પરમાણુના ટુકડાઓમાં સફળતાપૂર્વક એન્કોડ કર્યો અને સંપૂર્ણ સ્વયંસંચાલિત એન્ડ-ટુ-એન્ડ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને તેને ફરીથી ડિજિટલ ડેટામાં રૂપાંતરિત કર્યું, જેનું વર્ણન આમાં કરવામાં આવ્યું છે. લેખ, નેચર સાયન્ટિફિક રિપોર્ટ્સમાં 21 માર્ચના રોજ પ્રકાશિત.

આ લેખ અમારી વેબસાઇટ પર છે.

ડીએનએ પરમાણુઓ ડિજિટલ માહિતીને ખૂબ જ ઊંચી ઘનતા પર સંગ્રહિત કરી શકે છે, એટલે કે, ભૌતિક જગ્યામાં જે આધુનિક ડેટા કેન્દ્રો દ્વારા કબજે કરવામાં આવેલ તેના કરતા ઘણી ઓછી તીવ્રતાના ઓર્ડર છે. વ્યવસાયિક રેકોર્ડ્સ અને સુંદર પ્રાણીઓના વિડિયોથી લઈને તબીબી ફોટોગ્રાફ્સ અને અવકાશમાંથી છબીઓ સુધી, વિશ્વ દરરોજ જનરેટ કરે છે તે વિશાળ માત્રામાં ડેટા સ્ટોર કરવા માટે તે એક આશાસ્પદ ઉકેલો છે.

માઈક્રોસોફ્ટ વચ્ચેના સંભવિત અંતરને દૂર કરવાના માર્ગો શોધી રહી છે અમે ઉત્પન્ન કરેલા ડેટાની માત્રા અને અમે તેને સાચવવા માંગીએ છીએ, અને અમારી ક્ષમતા તેમને સાચવવાની છે. આ પદ્ધતિઓમાં એલ્ગોરિધમ્સ અને મોલેક્યુલર કમ્પ્યુટિંગ ટેક્નોલોજીના વિકાસનો સમાવેશ થાય છે કૃત્રિમ ડીએનએમાં એન્કોડિંગ ડેટા. આનાથી મોટા આધુનિક ડેટા સેન્ટરમાં સંગ્રહિત તમામ માહિતીને અમુક ડાઇસના કદ જેટલી જગ્યામાં ફીટ થવા દે છે.

"અમારો મુખ્ય ધ્યેય એવી સિસ્ટમ શરૂ કરવાનો છે કે જે અંતિમ વપરાશકર્તા માટે, લગભગ અન્ય કોઈપણ ક્લાઉડ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ જેવી જ દેખાશે: માહિતી ડેટા સેન્ટરને મોકલવામાં આવે છે અને ત્યાં સંગ્રહિત થાય છે, અને પછી ક્લાયંટને તેની જરૂર હોય ત્યારે તે ફક્ત દેખાય છે, ” સિનિયર માઇક્રોસોફ્ટના સંશોધક કારિન સ્ટ્રોસ કહે છે. "આ કરવા માટે, અમારે સાબિત કરવાની જરૂર છે કે તે ઓટોમેશન પરિપ્રેક્ષ્યમાં વ્યવહારુ અર્થમાં છે."

માહિતી માનવીઓ અથવા અન્ય જીવંત વસ્તુઓના ડીએનએને બદલે પ્રયોગશાળામાં બનાવેલા કૃત્રિમ ડીએનએ પરમાણુઓમાં સંગ્રહિત થાય છે અને સિસ્ટમમાં મોકલવામાં આવે તે પહેલાં તેને એન્ક્રિપ્ટ કરી શકાય છે. જો કે જટિલ મશીનો જેમ કે સિન્થેસાઈઝર અને સિક્વન્સર પહેલાથી જ પ્રક્રિયાના મુખ્ય ભાગો કરે છે, મધ્યવર્તી પગલાઓમાંના ઘણાને અત્યાર સુધી સંશોધન પ્રયોગશાળામાં મેન્યુઅલ લેબરની જરૂર છે. "તે વ્યાપારી ઉપયોગ માટે યોગ્ય નથી," ક્રિસ તાકાહાશી, યુએસએફ (પોલ જી. એલન સ્કૂલ ઓફ કોમ્પ્યુટર સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ).

તાકાહાશીએ સમજાવ્યું, "તમે લોકો ડેટા સેન્ટરની આસપાસ પાઇપેટ સાથે દોડી શકતા નથી, તે માનવ ભૂલ માટે ખૂબ જોખમી છે, તે ખૂબ ખર્ચાળ છે અને તે ખૂબ જ જગ્યા લે છે," તાકાહાશીએ સમજાવ્યું.

આ ડેટા સ્ટોરેજ પદ્ધતિને વ્યાપારી રીતે અર્થપૂર્ણ બનાવવા માટે, DNA સંશ્લેષણ બંનેનો ખર્ચ-અર્થપૂર્ણ સિક્વન્સના મૂળભૂત બિલ્ડીંગ બ્લોક્સનું નિર્માણ-અને સંગ્રહિત માહિતીને વાંચવા માટે જરૂરી ક્રમ પ્રક્રિયાને ઘટાડવી આવશ્યક છે. સંશોધકો કહે છે કે આ દિશા છે ઝડપી વિકાસ.

માઇક્રોસોફ્ટના સંશોધકોના જણાવ્યા અનુસાર ઓટોમેશન એ પઝલનો બીજો મુખ્ય ભાગ છે, જે વ્યાપારી ધોરણે ડેટા સ્ટોરેજ અને વધુ સસ્તું બનાવે છે.

અમુક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, ડીએનએ આધુનિક આર્કાઇવલ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ કરતાં ઘણો લાંબો સમય ટકી શકે છે, જે દાયકાઓથી અધોગતિ પામે છે. કેટલાંક ડીએનએ હજારો વર્ષોથી ઓછી-આદર્શ પરિસ્થિતિઓમાં - મેમથ ટસ્કમાં અને શરૂઆતના માનવીઓના હાડકામાં ટકી રહેવામાં સફળ થયા છે. આનો અર્થ એ છે કે જ્યાં સુધી માનવતા અસ્તિત્વમાં છે ત્યાં સુધી ડેટા આ રીતે સંગ્રહિત કરી શકાય છે.

ઓટોમેટેડ ડીએનએ સ્ટોરેજ સિસ્ટમ માઇક્રોસોફ્ટ અને યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટન (UW) દ્વારા વિકસિત સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરે છે. તે ડિજિટલ ડેટાના એક અને શૂન્યને ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ (A, T, C અને G) ના ક્રમમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે DNA ના "બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ" છે. સિસ્ટમ પછી સિન્થેસાઇઝરને જરૂરી પ્રવાહી અને રીએજન્ટ્સ સપ્લાય કરવા માટે સસ્તા, મોટાભાગે શેલ્ફની બહાર, પ્રયોગશાળાના સાધનોનો ઉપયોગ કરે છે, જે બનાવટી ડીએનએ ટુકડાઓ એકત્ર કરે છે અને તેને સ્ટોરેજ કન્ટેનરમાં મૂકે છે.

જ્યારે સિસ્ટમને માહિતી કાઢવાની જરૂર પડે છે, ત્યારે તે DNAને યોગ્ય રીતે તૈયાર કરવા માટે અન્ય રસાયણો ઉમેરે છે અને સિસ્ટમના ભાગોમાં પ્રવાહીને ધકેલવા માટે માઇક્રોફ્લુઇડિક પંપનો ઉપયોગ કરે છે જે DNA પરમાણુઓના ક્રમને વાંચે છે અને તેને કમ્પ્યુટર સમજી શકે તેવી માહિતીમાં પાછું રૂપાંતરિત કરે છે. સંશોધકો કહે છે કે પ્રોજેક્ટનો ધ્યેય એ સાબિત કરવાનો ન હતો કે સિસ્ટમ ઝડપથી અથવા સસ્તી રીતે કામ કરી શકે છે, પરંતુ ફક્ત તે બતાવવા માટે કે ઓટોમેશન શક્ય છે.

ઓટોમેટેડ ડીએનએ સ્ટોરેજ સિસ્ટમનો સૌથી સ્પષ્ટ ફાયદો એ છે કે તે વિજ્ઞાનીઓને રિએજન્ટની બોટલો શોધવામાં સમય બગાડ્યા વિના અથવા ટેસ્ટ ટ્યુબમાં પ્રવાહીના ટીપાં ઉમેરવાની એકવિધતા વિના જટિલ સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે મુક્ત કરે છે.

"પુનરાવર્તિત કાર્ય કરવા માટે સ્વયંસંચાલિત સિસ્ટમ રાખવાથી લેબ્સને સંશોધન પર સીધું ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની અને ઝડપથી નવીનતા લાવવા માટે નવી વ્યૂહરચના વિકસાવવાની મંજૂરી મળે છે," માઇક્રોસોફ્ટના સંશોધક બિહલિન ન્ગુયેને જણાવ્યું હતું.

મોલેક્યુલર ઇન્ફર્મેશન સિસ્ટમ્સની લેબોરેટરીમાંથી ટીમ મોલેક્યુલર ઇન્ફોર્મેશન સિસ્ટમ્સ લેબ (MISL) એ પહેલેથી જ દર્શાવ્યું છે કે તે બિલાડીઓના ફોટોગ્રાફ્સ, સાહિત્યની અદ્ભુત કૃતિઓ સંગ્રહિત કરી શકે છે, видео અને ડીએનએ રેકોર્ડ આર્કાઇવ કરો અને ભૂલો વિના આ ફાઇલોને બહાર કાઢો. આજની તારીખે, તેઓ ડીએનએમાં 1 ગીગાબાઈટ ડેટા સ્ટોર કરી શક્યા છે, હરાવીને 200 MB નો અગાઉનો વર્લ્ડ રેકોર્ડ.

સંશોધકોએ માટેની પદ્ધતિઓ પણ વિકસાવી છે અર્થપૂર્ણ ગણતરીઓ કરોજેમ કે ફાઇલોને ડિજિટલ ફોર્મેટમાં રૂપાંતરિત કર્યા વિના, અણુઓનો ઉપયોગ કરીને સફરજન અથવા લીલી સાઇકલ ધરાવતી માત્ર છબીઓ શોધવી અને પુનઃપ્રાપ્ત કરવી.

“એ કહેવું સલામત છે કે અમે એક નવા પ્રકારની કમ્પ્યુટર સિસ્ટમના જન્મના સાક્ષી છીએ, જેમાં ડેટા સ્ટોરેજ માટે અને નિયંત્રણ અને પ્રક્રિયા માટે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે અણુઓનો ઉપયોગ થાય છે. આ સંયોજન ભવિષ્ય માટે ખૂબ જ રસપ્રદ શક્યતાઓ ખોલે છે,” વોશિંગ્ટન યુનિવર્સિટીના એલન સ્કૂલના પ્રોફેસરે જણાવ્યું હતું. લુઇસ સેસ.

સિલિકોન-આધારિત કમ્પ્યુટિંગ સિસ્ટમ્સથી વિપરીત, ડીએનએ-આધારિત સ્ટોરેજ અને કમ્પ્યુટિંગ સિસ્ટમોએ પરમાણુઓને ખસેડવા માટે પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે. પરંતુ પ્રવાહી પ્રકૃતિમાં ઇલેક્ટ્રોનથી અલગ છે અને તેને સંપૂર્ણપણે નવા તકનીકી ઉકેલોની જરૂર છે.

યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટન ટીમ, માઇક્રોસોફ્ટના સહયોગથી, એક પ્રોગ્રામેબલ સિસ્ટમ પણ વિકસાવી રહી છે જે ઇલેક્ટ્રોડના ગ્રીડ પર ટીપાંને ખસેડવા માટે વીજળી અને પાણીના ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગશાળાના પ્રયોગોને સ્વચાલિત કરે છે. સોફ્ટવેર અને હાર્ડવેરનો સંપૂર્ણ સેટ કહેવાય છે પુડલ અને પર્પલડ્રોપ, વિવિધ પ્રવાહીને મિશ્ર, અલગ, ગરમ અથવા ઠંડુ કરી શકે છે અને પ્રયોગશાળા પ્રોટોકોલ કરી શકે છે.

ધ્યેય લેબોરેટરી પ્રયોગોને સ્વયંસંચાલિત કરવાનો છે જે હાલમાં મેન્યુઅલી અથવા ખર્ચાળ લિક્વિડ-હેન્ડલિંગ રોબોટ્સ દ્વારા કરવામાં આવે છે અને ખર્ચ ઘટાડવાનો છે.

MISL ટીમ માટેના આગળના પગલાઓમાં પર્પલ ડ્રોપ જેવી ટેક્નોલોજીઓ સાથે એક સરળ, એન્ડ-ટુ-એન્ડ ઓટોમેટેડ સિસ્ટમને એકીકૃત કરવાનો સમાવેશ થાય છે, તેમજ અન્ય ટેક્નોલોજીઓ કે જે DNA પરમાણુઓની શોધને સક્ષમ કરે છે. સંશોધકોએ ઇરાદાપૂર્વક તેમની સ્વયંસંચાલિત સિસ્ટમ મોડ્યુલર બનાવી જેથી તે ડીએનએ સંશ્લેષણ, સિક્વન્સિંગ અને મેનીપ્યુલેશન માટે નવી તકનીકોનો વિકાસ કરી શકે.

"આ સિસ્ટમના ફાયદાઓમાંનો એક એ છે કે જો આપણે કોઈ એક પાર્ટને કંઈક નવું, વધુ સારું અથવા ઝડપી સાથે બદલવા માંગતા હોય, તો અમે ફક્ત નવા ભાગમાં પ્લગ કરી શકીએ છીએ," Nguyen જણાવ્યું હતું. "આ અમને ભવિષ્ય માટે વધુ સુગમતા આપે છે."

ટોચની છબી: માઈક્રોસોફ્ટ અને યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટનના સંશોધકોએ "શબ્દ રેકોર્ડ કર્યો અને ગણ્યોહેલો", પ્રથમ સંપૂર્ણ સ્વચાલિત DNA ડેટા સ્ટોરેજ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને. નવી ટેક્નોલોજીને પ્રયોગશાળાઓમાંથી કોમર્શિયલ ડેટા સેન્ટર્સમાં ખસેડવાનું આ એક મુખ્ય પગલું છે.

સોર્સ: www.habr.com