नमस्ते! डीएनए अणुओं में दुनिया का पहला स्वचालित डेटा भंडारण

माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कृत्रिम रूप से निर्मित डीएनए के लिए पहली पूरी तरह से स्वचालित, पठनीय डेटा भंडारण प्रणाली का प्रदर्शन किया है। यह नई तकनीक को अनुसंधान प्रयोगशालाओं से वाणिज्यिक डेटा केंद्रों तक ले जाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।

डेवलपर्स ने एक सरल परीक्षण के साथ अवधारणा को साबित किया: उन्होंने "हैलो" शब्द को सिंथेटिक डीएनए अणु के टुकड़ों में सफलतापूर्वक एन्कोड किया और पूरी तरह से स्वचालित एंड-टू-एंड सिस्टम का उपयोग करके इसे वापस डिजिटल डेटा में परिवर्तित कर दिया, जिसका वर्णन इसमें किया गया है। लेख, 21 मार्च को नेचर साइंटिफिक रिपोर्ट्स में प्रकाशित।

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डीएनए अणु डिजिटल जानकारी को बहुत उच्च घनत्व पर संग्रहीत कर सकते हैं, यानी भौतिक स्थान में जो आधुनिक डेटा केंद्रों द्वारा कब्जाए गए परिमाण से कई गुना छोटा है। यह व्यावसायिक रिकॉर्ड और प्यारे जानवरों के वीडियो से लेकर चिकित्सा तस्वीरों और अंतरिक्ष से छवियों तक, दुनिया में हर दिन उत्पन्न होने वाली विशाल मात्रा में डेटा को संग्रहीत करने के लिए एक आशाजनक समाधान में से एक है।

Microsoft बीच संभावित अंतर को पाटने के तरीके तलाश रहा है हम जितना डेटा उत्पादित करते हैं और हम संरक्षित करना चाहते हैं, और उन्हें संरक्षित करने की हमारी क्षमता भी। इन विधियों में एल्गोरिदम और आणविक कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों का विकास शामिल है कृत्रिम डीएनए में डेटा एन्कोडिंग. यह एक बड़े आधुनिक डेटा सेंटर में संग्रहीत सभी जानकारी को लगभग कई पासों के आकार की जगह में फिट करने की अनुमति देगा।

"हमारा मुख्य लक्ष्य एक ऐसा सिस्टम लॉन्च करना है, जो अंतिम उपयोगकर्ता के लिए लगभग किसी भी अन्य क्लाउड स्टोरेज सिस्टम जैसा ही दिखेगा: जानकारी डेटा सेंटर में भेजी जाती है और वहां संग्रहीत की जाती है, और फिर यह तब दिखाई देती है जब ग्राहक को इसकी आवश्यकता होती है, वरिष्ठ माइक्रोसॉफ्ट शोधकर्ता कैरिन स्ट्रॉस कहते हैं। "ऐसा करने के लिए, हमें यह साबित करने की ज़रूरत है कि यह स्वचालन परिप्रेक्ष्य से व्यावहारिक अर्थ रखता है।"

जानकारी मनुष्यों या अन्य जीवित चीजों के डीएनए के बजाय प्रयोगशाला में बनाए गए सिंथेटिक डीएनए अणुओं में संग्रहीत की जाती है, और सिस्टम में भेजे जाने से पहले इसे एन्क्रिप्ट किया जा सकता है। हालाँकि सिंथेसाइज़र और सीक्वेंसर जैसी जटिल मशीनें पहले से ही प्रक्रिया के प्रमुख भागों को निष्पादित करती हैं, कई मध्यवर्ती चरणों के लिए अब तक एक अनुसंधान प्रयोगशाला में मैन्युअल श्रम की आवश्यकता होती है। यूएसएफ में पॉल एलन स्कूल ऑफ कंप्यूटर साइंस एंड इंजीनियरिंग के वरिष्ठ शोध साथी क्रिस ताकाहाशी ने कहा, "यह व्यावसायिक उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है।"पॉल जी. एलन स्कूल ऑफ कंप्यूटर साइंस एंड इंजीनियरिंग).

ताकाहाशी ने बताया, "आप लोगों को पिपेट के साथ डेटा सेंटर के आसपास नहीं दौड़ा सकते, इसमें मानवीय त्रुटि की संभावना बहुत अधिक है, यह बहुत महंगा है और यह बहुत अधिक जगह लेता है।"

इस डेटा भंडारण विधि को व्यावसायिक रूप से समझने के लिए, डीएनए संश्लेषण - सार्थक अनुक्रमों के मूलभूत निर्माण खंडों का निर्माण - और संग्रहीत जानकारी को पढ़ने के लिए आवश्यक अनुक्रमण प्रक्रिया दोनों की लागत को कम किया जाना चाहिए। शोधकर्ताओं का कहना है कि यही दिशा है त्वरित विकास.

माइक्रोसॉफ्ट के शोधकर्ताओं के अनुसार, स्वचालन पहेली का एक और महत्वपूर्ण हिस्सा है, जो व्यावसायिक पैमाने पर डेटा भंडारण को और अधिक किफायती बनाता है।

कुछ शर्तों के तहत, डीएनए आधुनिक अभिलेखीय भंडारण प्रणालियों की तुलना में अधिक समय तक चल सकता है, जो दशकों में खराब हो जाते हैं। कुछ डीएनए हजारों वर्षों से आदर्श से कम परिस्थितियों में जीवित रहने में कामयाब रहे हैं - विशाल दांतों में और प्रारंभिक मनुष्यों की हड्डियों में। इसका मतलब यह है कि जब तक मानवता मौजूद है तब तक डेटा को इस तरह से संग्रहीत किया जा सकता है।

स्वचालित डीएनए भंडारण प्रणाली माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय (यूडब्ल्यू) द्वारा विकसित सॉफ्टवेयर का उपयोग करती है। यह डिजिटल डेटा के इकाई और शून्य को न्यूक्लियोटाइड (ए, टी, सी और जी) के अनुक्रम में परिवर्तित करता है, जो डीएनए के "बिल्डिंग ब्लॉक" हैं। सिस्टम तब एक सिंथेसाइज़र को आवश्यक तरल पदार्थ और अभिकर्मकों की आपूर्ति करने के लिए सस्ते, ज्यादातर ऑफ-द-शेल्फ, प्रयोगशाला उपकरणों का उपयोग करता है, जो निर्मित डीएनए टुकड़े एकत्र करता है और उन्हें एक भंडारण कंटेनर में रखता है।

जब सिस्टम को जानकारी निकालने की आवश्यकता होती है, तो यह डीएनए को ठीक से तैयार करने के लिए अन्य रसायनों को जोड़ता है और सिस्टम के कुछ हिस्सों में तरल पदार्थों को धकेलने के लिए माइक्रोफ्लुइडिक पंपों का उपयोग करता है जो डीएनए अणुओं के अनुक्रम को पढ़ते हैं और उन्हें वापस जानकारी में परिवर्तित करते हैं जिसे कंप्यूटर समझ सकता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि परियोजना का लक्ष्य यह साबित करना नहीं था कि सिस्टम जल्दी या सस्ते में काम कर सकता है, बल्कि यह दिखाना था कि स्वचालन संभव है।

स्वचालित डीएनए भंडारण प्रणाली का सबसे स्पष्ट लाभ यह है कि यह वैज्ञानिकों को अभिकर्मकों की बोतलों की खोज में समय बर्बाद किए बिना या परीक्षण ट्यूबों में तरल की बूंदों को जोड़ने की एकरसता के बिना जटिल समस्याओं को हल करने से मुक्त करता है।

माइक्रोसॉफ्ट के शोधकर्ता बिहलिन गुयेन ने कहा, "दोहराए जाने वाले काम करने के लिए एक स्वचालित प्रणाली होने से प्रयोगशालाएं सीधे अनुसंधान पर ध्यान केंद्रित कर सकती हैं और तेजी से नवाचार करने के लिए नई रणनीतियां विकसित कर सकती हैं।"

आणविक सूचना प्रणाली प्रयोगशाला की टीम आणविक सूचना प्रणाली प्रयोगशाला (एमआईएसएल) ने पहले ही प्रदर्शित कर दिया है कि यह बिल्लियों की तस्वीरें, साहित्य के अद्भुत कार्यों को संग्रहीत कर सकता है। वीडियो और डीएनए रिकॉर्ड संग्रहीत करें और त्रुटियों के बिना इन फ़ाइलों को निकालें। आज तक, वे डीएनए में 1 गीगाबाइट डेटा संग्रहीत करने में सक्षम हैं पिछला विश्व रिकॉर्ड 200 एमबी का.

शोधकर्ताओं ने इसके लिए तरीके भी विकसित किए हैं सार्थक गणना करेंजैसे कि अणुओं का उपयोग करके केवल उन छवियों को ढूंढना और पुनः प्राप्त करना जिनमें सेब या हरे रंग की साइकिल है, फ़ाइलों को वापस डिजिटल प्रारूप में परिवर्तित किए बिना।

“यह कहना सुरक्षित है कि हम एक नए प्रकार के कंप्यूटर सिस्टम का जन्म देख रहे हैं, जिसमें अणुओं का उपयोग डेटा भंडारण के लिए और इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग नियंत्रण और प्रसंस्करण के लिए किया जाता है। यह संयोजन भविष्य के लिए बहुत दिलचस्प संभावनाएं खोलता है, ”वाशिंगटन विश्वविद्यालय में एलन स्कूल के प्रोफेसर ने कहा। लुई सेसे.

सिलिकॉन-आधारित कंप्यूटिंग प्रणालियों के विपरीत, डीएनए-आधारित भंडारण और कंप्यूटिंग प्रणालियों को अणुओं को स्थानांतरित करने के लिए तरल पदार्थों का उपयोग करना चाहिए। लेकिन तरल पदार्थ इलेक्ट्रॉनों से प्रकृति में भिन्न होते हैं और उन्हें पूरी तरह से नए तकनीकी समाधान की आवश्यकता होती है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय की टीम, माइक्रोसॉफ्ट के सहयोग से, एक प्रोग्राम योग्य प्रणाली भी विकसित कर रही है जो इलेक्ट्रोड के ग्रिड पर बूंदों को स्थानांतरित करने के लिए बिजली और पानी के गुणों का उपयोग करके प्रयोगशाला प्रयोगों को स्वचालित करती है। सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर का एक पूरा सेट कहा जाता है पुडल और पर्पलड्रॉप, विभिन्न तरल पदार्थों को मिला सकता है, अलग कर सकता है, गर्म या ठंडा कर सकता है और प्रयोगशाला प्रोटोकॉल निष्पादित कर सकता है।

लक्ष्य प्रयोगशाला प्रयोगों को स्वचालित करना है जो वर्तमान में मैन्युअल रूप से या महंगे तरल-हैंडलिंग रोबोट द्वारा किए जाते हैं और लागत को कम करते हैं।

एमआईएसएल टीम के अगले कदमों में पर्पल ड्रॉप जैसी प्रौद्योगिकियों के साथ एक सरल, एंड-टू-एंड स्वचालित प्रणाली को एकीकृत करना शामिल है, साथ ही अन्य प्रौद्योगिकियां जो डीएनए अणुओं की खोज को सक्षम बनाती हैं। शोधकर्ताओं ने जानबूझकर अपने स्वचालित सिस्टम को मॉड्यूलर बनाया ताकि यह डीएनए संश्लेषण, अनुक्रमण और हेरफेर के लिए नई प्रौद्योगिकियों के उभरने के साथ विकसित हो सके।

गुयेन ने कहा, "इस प्रणाली का एक लाभ यह है कि यदि हम किसी एक हिस्से को किसी नए, बेहतर या तेज़ से बदलना चाहते हैं, तो हम नए हिस्से को प्लग इन कर सकते हैं।" "यह हमें भविष्य के लिए अधिक लचीलापन देता है।"

शीर्ष छवि: माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने "शब्द को रिकॉर्ड किया और गिना।नमस्ते", पहली पूरी तरह से स्वचालित डीएनए डेटा भंडारण प्रणाली का उपयोग करना। यह नई तकनीक को प्रयोगशालाओं से वाणिज्यिक डेटा केंद्रों तक ले जाने में एक महत्वपूर्ण कदम है।

स्रोत: www.habr.com