Para peneliti dari Microsoft dan University of Washington telah mendemonstrasikan sistem penyimpanan pertama yang sepenuhnya otomatis dan dapat dibaca untuk DNA yang direkayasa secara artifisial. Ini adalah langkah kunci dalam memindahkan teknologi baru dari laboratorium penelitian ke pusat data komersial.
Pengembang memvalidasi konsep dengan tes sederhana: mereka berhasil menyandikan kata "halo" dalam fragmen molekul DNA sintetik dan mengubahnya kembali menjadi data digital menggunakan sistem end-to-end yang sepenuhnya otomatis, yang dijelaskan dalam , diterbitkan 21 Maret di Nature Scientific Reports.
Molekul DNA dapat menyimpan informasi digital dengan kepadatan yang sangat tinggi, yaitu, dalam ruang fisik yang jauh lebih kecil daripada yang ditempati oleh pusat data modern. Ini adalah salah satu solusi yang menjanjikan untuk menyimpan sejumlah besar data yang dihasilkan dunia setiap hari, mulai dari catatan bisnis dan video hewan lucu hingga gambar medis dan luar angkasa.
Microsoft sedang menjajaki cara untuk menjembatani potensi kesenjangan antara dan ingin menjaga, dan kemampuan kita untuk menjaga mereka. Metode tersebut meliputi pengembangan algoritma dan teknologi untuk komputasi molekuler . Ini akan memasukkan semua informasi yang disimpan di pusat data modern yang besar ke dalam ruang yang kira-kira berukuran beberapa dadu.
“Tujuan utama kami adalah meluncurkan sistem yang, bagi pengguna akhir, akan terlihat hampir sama dengan sistem penyimpanan cloud lainnya: informasi dikirim ke pusat data dan disimpan di sana, lalu muncul saat klien membutuhkannya,” kata Peneliti Senior Microsoft Karin Strauss. “Untuk melakukannya, kami perlu membuktikan bahwa ini masuk akal secara praktis dari sudut pandang otomatisasi.”
Informasi disimpan dalam molekul DNA sintetik yang dibuat di laboratorium, bukan dalam DNA manusia atau makhluk hidup lainnya, dan dapat dienkripsi sebelum dikirim ke sistem. Sementara mesin kompleks seperti synthesizer dan sequencer sudah melakukan bagian penting dari proses tersebut, banyak langkah perantara sejauh ini membutuhkan tenaga kerja manual di lab penelitian. "Ini tidak cocok untuk penggunaan komersial," kata Chris Takahashi, rekan senior di Sekolah Ilmu dan Teknik Komputer Paul Allen di Universitas AS ().
“Orang dengan pipet tidak dapat berlarian di sekitar pusat data, pendekatan ini terlalu tinggi untuk kesalahan manusia, terlalu mahal, dan memakan terlalu banyak ruang,” jelas Takahashi.
Agar metode penyimpanan data ini layak secara komersial, baik biaya sintesis DNA—menciptakan blok penyusun dasar dengan urutan yang bermakna—dan proses pengurutan yang diperlukan untuk membaca informasi yang disimpan harus dikurangi. Para peneliti mengatakan bahwa inilah arahnya .
Otomasi adalah bagian kunci lain dari teka-teki untuk mengaktifkan penyimpanan skala komersial dan membuatnya lebih mudah diakses, menurut peneliti Microsoft.
Dalam kondisi tertentu, DNA dapat bertahan lebih lama daripada fasilitas penyimpanan arsip modern, yang membusuk selama beberapa dekade. Beberapa DNA berhasil bertahan dalam kondisi yang kurang ideal selama puluhan ribu tahun—di gading mammoth dan di tulang manusia purba. Artinya, data dapat disimpan dengan cara ini selama umat manusia masih ada.
Sistem penyimpanan data otomatis DNA menggunakan perangkat lunak yang dikembangkan oleh Microsoft dan University of Washington (UW). Itu mengubah data digital XNUMXs dan XNUMXs menjadi urutan nukleotida (A, T, C, dan G) yang merupakan "blok bangunan" DNA. Sistem ini kemudian menggunakan peralatan laboratorium yang murah, sebagian besar standar, untuk memasok cairan dan reagen yang diperlukan ke penyintesis, yang mengumpulkan fragmen DNA buatan dan menempatkannya dalam wadah penyimpanan.
Ketika sistem perlu mengekstraksi informasi, ia menambahkan bahan kimia lain untuk menyiapkan DNA dengan benar dan menggunakan pompa mikrofluida untuk mendorong cairan ke bagian sistem yang membaca urutan DNA dan mengubahnya kembali menjadi informasi yang dapat dibaca komputer. Para peneliti mengatakan tujuan dari proyek ini bukan untuk membuktikan sistem bisa cepat atau murah, tetapi hanya untuk menunjukkan bahwa otomatisasi itu mungkin.
Salah satu manfaat paling jelas dari sistem penyimpanan DNA otomatis adalah membebaskan para ilmuwan untuk memecahkan masalah kompleks tanpa membuang waktu mencari botol reagen atau kebosanan menambahkan tetesan cairan ke tabung reaksi.
“Memiliki sistem otomatis untuk melakukan pekerjaan berulang memungkinkan laboratorium untuk langsung melakukan penelitian, mengembangkan strategi baru untuk berinovasi lebih cepat,” kata peneliti Microsoft Bichlin Nguyen.
Tim dari Laboratorium Sistem Informasi Molekuler (MISL) telah menunjukkan bahwa ia dapat menyimpan gambar kucing, karya sastra yang luar biasa, dan catatan arsip dalam DNA dan mengekstrak file-file ini tanpa kesalahan. Hingga saat ini, mereka telah mampu menyimpan 1 gigabyte data dalam DNA, mengalahkan .
Para peneliti juga telah mengembangkan metode untuk seperti menemukan dan mengekstraksi hanya gambar yang memiliki apel atau sepeda hijau, menggunakan molekul itu sendiri, tanpa mengubah file kembali ke format digital.
“Aman untuk mengatakan bahwa kita sedang menyaksikan kelahiran sistem komputer jenis baru yang menggunakan molekul untuk menyimpan data dan elektronik untuk mengontrol dan memproses. Kombinasi ini membuka kemungkinan yang sangat menarik untuk masa depan,” kata seorang profesor di Sekolah Allen Universitas Washington. .
Tidak seperti sistem komputasi berbasis silikon, sistem penyimpanan dan komputasi berbasis DNA harus menggunakan cairan untuk memindahkan molekul. Tetapi cairan secara inheren berbeda dari elektron dan membutuhkan solusi teknis yang benar-benar baru.
Tim University of Washington juga bekerja sama dengan Microsoft untuk mengembangkan sistem yang dapat diprogram yang mengotomatiskan eksperimen laboratorium dengan menggunakan sifat listrik dan air untuk memindahkan tetesan pada kisi elektroda. Rangkaian lengkap perangkat lunak dan perangkat keras yang dijuluki , dapat mencampur, memisahkan, memanaskan atau mendinginkan berbagai cairan dan mengikuti protokol laboratorium.
Tujuannya adalah untuk mengotomatisasi eksperimen laboratorium yang saat ini dilakukan secara manual atau dengan robot penanganan cairan yang mahal dan mengurangi biaya.
Langkah selanjutnya untuk tim MISL termasuk mengintegrasikan sistem otomatis end-to-end sederhana dengan teknologi seperti Purple Drop, serta teknologi lain yang memungkinkan pencarian dalam molekul DNA. Para peneliti sengaja membuat sistem otomatis mereka menjadi modular sehingga dapat berkembang seiring munculnya teknologi baru untuk sintesis, pengurutan, dan manipulasi DNA.
“Salah satu keuntungan dari sistem ini adalah jika kita ingin mengganti salah satu part dengan yang baru, lebih baik atau lebih cepat, tinggal pasang part yang baru,” kata Nguyen. “Ini memberi kami lebih banyak fleksibilitas untuk masa depan.”
Gambar atas: Para peneliti di Microsoft dan University of Washington menulis dan menghitung kata "halomenggunakan sistem penyimpanan data otomatis pertama dalam DNA. Ini adalah langkah kunci dalam memindahkan teknologi baru dari laboratorium ke pusat data komersial.
Sumber: www.habr.com