こんにちは！ 世界初の DNA 分子の自動データ保存

マイクロソフトとワシントン大学の研究者は、人工的に作成された DNA のための初の完全に自動化された読み取り可能なデータ ストレージ システムを実証しました。 これは、新しいテクノロジーを研究機関から商用データセンターに移行するための重要なステップです。

開発者らは、簡単なテストでこの概念を証明しました。「こんにちは」という単語を合成 DNA 分子の断片にエンコードし、完全に自動化されたエンドツーエンド システムを使用してそれをデジタル データに変換し直すことに成功しました。これについては、以下で説明します。 статье、Nature Scientific Reports に 21 月 XNUMX 日に掲載されました。

この記事は当社のウェブサイトに掲載されています。

DNA 分子は、デジタル情報を非常に高密度で、つまり現代のデータセンターが占める空間よりも何桁も小さい物理空間に保存できます。 これは、ビジネス記録やかわいい動物のビデオから医療写真や宇宙からの画像に至るまで、世界中で毎日生成される膨大な量のデータを保存するための有望なソリューションの XNUMX つです。

Microsoft は、両者間の潜在的なギャップを埋める方法を模索しています。 私たちが生成するデータの量 そして私たちはそれらを保存したいと考えており、それらを保存する私たちの能力。 これらの方法には、アルゴリズムと分子コンピューティング技術の開発が含まれます。 人工 DNA にデータをエンコードする。 これにより、大規模な最新のデータセンターに保存されているすべての情報を、サイコロ数個分のスペースに収まるようになります。

「私たちの主な目標は、エンドユーザーにとっては他のクラウド ストレージ システムとほぼ同じように見えるシステムを立ち上げることです。情報はデータセンターに送信されてそこに保存され、クライアントが必要とするときに表示されるだけです。 」とマイクロソフトのシニア研究者カリン・ストラウス氏は言います。 「これを行うには、自動化の観点からそれが実際的に意味があることを証明する必要がありました。」

情報は人間や他の生物の DNA ではなく、研究室で作成された合成 DNA 分子に保存され、システムに送信される前に暗号化できます。 シンセサイザーやシーケンサーなどの複雑なマシンはすでにプロセスの重要な部分を実行していますが、中間ステップの多くはこれまで研究室での手作業を必要としていました。 「これは商用利用には適していない」と、USF ポール・アレン・コンピュータサイエンス・エンジニアリング大学院の上級研究員クリス・タカハシ氏は語った。ポール G. アレン コンピュータ サイエンス & エンジニアリング スクール).

「ピペットを持ってデータセンター内を走り回る人を配置することはできません。人的ミスが発生しやすく、費用がかかりすぎ、スペースも取りすぎます」と高橋氏は説明しました。

このデータ保存方法が商業的に意味をなすためには、意味のある配列の基本的な構成要素を作成する DNA 合成と、保存された情報を読み取るために必要な配列決定プロセスの両方のコストを削減する必要があります。 研究者らはこれが方向性だと言う 急速な発展.

Microsoft の研究者らによると、自動化はパズルのもう XNUMX つの重要なピースであり、商業規模でのデータ ストレージをより手頃な価格にするものです。

特定の条件下では、DNA は数十年で劣化する現代のアーカイブ保管システムよりもはるかに長く保存できます。 一部の DNA は、マンモスの牙や初期の人類の骨の中で、理想的とは言えない条件下でも数万年にわたって生き残ることができました。 これは、人類が存在する限り、この方法でデータを保存できることを意味します。

自動 DNA 保管システムは、マイクロソフトとワシントン大学 (UW) によって開発されたソフトウェアを使用します。 デジタル データの XNUMX と XNUMX を、DNA の「構成要素」であるヌクレオチドの配列 (A、T、C、G) に変換します。 次に、このシステムは、安価な、ほとんどが既製の実験装置を使用して必要な液体と試薬を合成装置に供給し、合成装置は製造された DNA 断片を収集して保管容器に置きます。

システムが情報を抽出する必要がある場合、他の化学物質を追加して DNA を適切に準備し、マイクロ流体ポンプを使用して流体をシステムの一部に押し込み、DNA 分子の配列を読み取り、コンピューターが理解できる情報に変換します。 研究者らは、このプロジェクトの目的は、システムが迅速に、または安価に機能することを証明することではなく、単に自動化が可能であることを示すことであったと述べている。

自動 DNA 保管システムの最も明白な利点の XNUMX つは、科学者が試薬のボトルを探したり、試験管に液体を滴下する単調な作業に時間を費やすことなく、複雑な問題を解決できるようになるということです。

マイクロソフトの研究者 Bihlin Nguyen 氏は、「自動化されたシステムで反復作業を行うことで、研究室は研究に直接集中し、より迅速にイノベーションを起こすための新しい戦略を開発できるようになります」と述べています。

分子情報システム研究室チーム 分子情報システム研究室 (MISL) は、猫の写真、素晴らしい文学作品、 ビデオ アーカイブされた DNA レコードを作成し、これらのファイルをエラーなく抽出します。 現在までに、彼らは 1 ギガバイトのデータを DNA に保存することができ、これを上回っています。 以前の世界記録は 200 MB.

研究者はまた、 意味のある計算を実行するファイルをデジタル形式に変換せずに、分子自体を使用して、リンゴや緑の自転車を含む画像のみを検索して取得するなどです。

「私たちは、データの保存には分子が、制御と処理にはエレクトロニクスが使用される、新しいタイプのコンピューター システムの誕生に立ち会っていると言っても過言ではありません。 この組み合わせは、将来に向けて非常に興味深い可能性を切り開きます」とワシントン大学アレンスクール教授は語った。 ルイ・セセ.

シリコンベースのコンピューティング システムとは異なり、DNA ベースのストレージおよびコンピューティング システムは、分子を移動させるために流体を使用する必要があります。 しかし、液体は電子とは性質が異なるため、まったく新しい技術的ソリューションが必要です。

ワシントン大学のチームは、マイクロソフトと協力して、電気と水の特性を利用して電極グリッド上で液滴を移動させることで実験室実験を自動化するプログラム可能なシステムも開発中です。 と呼ばれるソフトウェアとハ​​ードウェアの完全なセット 水たまりとパープルドロップ、さまざまな液体を混合、分離、加熱または冷却し、実験室プロトコルを実行できます。

目標は、現在手動​​または高価な液体処理ロボットによって行われている実験室実験を自動化し、コストを削減することです。

MISL チームの次のステップには、シンプルなエンドツーエンドの自動化システムと、Purple Drop などのテクノロジーや、DNA 分子の検索を可能にするその他のテクノロジーとの統合が含まれます。 研究者らは、DNA 合成、配列決定、操作のための新しい技術が出現するにつれて進化できるように、自動化システムを意図的にモジュール化しました。

「このシステムの利点の XNUMX つは、部品の XNUMX つを新しい、より優れた、またはより高速なものと交換したい場合、新しい部品を差し込むだけで済むことです」と Nguyen 氏は述べています。 「これにより、将来に向けてより柔軟な対応が可能になります。」

トップ画像: マイクロソフトとワシントン大学の研究者が「」という単語を記録し、数えました。こんにちは」、初の完全に自動化された DNA データ保管システムを使用しました。 これは、新しいテクノロジーを研究室から商用データセンターに移行するための重要なステップです。

出所： habr.com