Майкрософт пен Вашингтон университетінің зерттеушілері жасанды түрде жасалған ДНҚ-ға арналған толық автоматтандырылған, оқылатын деректерді сақтаудың алғашқы жүйесін көрсетті. Бұл жаңа технологияны зерттеу зертханаларынан коммерциялық деректер орталықтарына көшірудің негізгі қадамы.
Әзірлеушілер тұжырымдаманы қарапайым сынақ арқылы дәлелдеді: олар «сәлеметсіз бе» сөзін синтетикалық ДНҚ молекуласының фрагменттеріне сәтті кодтап, оны толығымен автоматтандырылған «ұшты-ұшты» жүйенің көмегімен цифрлық деректерге айналдырды. , 21 наурызда Nature Scientific Reports журналында жарияланған.
ДНҚ молекулалары сандық ақпаратты өте жоғары тығыздықта, яғни қазіргі деректер орталықтары алып жатқаннан бірнеше рет кіші физикалық кеңістікте сақтай алады. Бұл іскерлік жазбалар мен сүйкімді жануарлардың бейнелерінен бастап медициналық фотосуреттер мен ғарыштан түсірілген суреттерге дейін әлем күн сайын жасайтын деректердің үлкен көлемін сақтауға арналған перспективалы шешімдердің бірі.
Microsoft корпорациясы арасындағы ықтимал алшақтықты жою жолдарын зерттеп жатыр және біз оларды сақтағымыз келеді, және оларды сақтау қабілетіміз. Бұл әдістер алгоритмдер мен молекулалық есептеу технологияларын әзірлеуді қамтиды . Бұл қазіргі заманғы үлкен деректер орталығында сақталған барлық ақпаратты шамамен бірнеше сүйек өлшеміндегі кеңістікке сыйғызуға мүмкіндік береді.
«Біздің басты мақсатымыз – соңғы пайдаланушыға кез келген басқа бұлтты сақтау жүйесіне ұқсайтын жүйені іске қосу: ақпарат деректер орталығына жіберіледі және сол жерде сақталады, содан кейін тұтынушы қажет болғанда пайда болады», - дейді Ср. Microsoft зерттеушісі Карин Штраус. «Бұл үшін бізге автоматтандыру тұрғысынан оның практикалық мағынасы бар екенін дәлелдеу керек болды».
Ақпарат адамдардың немесе басқа тірі заттардың ДНҚ-сында емес, зертханада жасалған синтетикалық ДНҚ молекулаларында сақталады және жүйеге жіберілмес бұрын шифрлануы мүмкін. Синтезаторлар мен секвенсерлер сияқты күрделі машиналар процестің негізгі бөліктерін орындағанымен, көптеген аралық қадамдар осы уақытқа дейін ғылыми зертханада қол еңбегін қажет етеді. «Бұл коммерциялық мақсатта қолдануға жарамсыз», - деді Крис Такахаши, Пол Аллен атындағы USF компьютерлік ғылымдар және инженерия мектебінің аға ғылыми қызметкері ().
«Сізде тамшуырлармен деректер орталығында адамдар жүгіре алмайсыз, бұл тәсіл адам қателігі үшін тым көп әлеуетке ие, бұл тым қымбат және ол тым көп орын алады», - деп түсіндірді Такахаши.
Деректерді сақтаудың бұл әдісі коммерциялық тұрғыдан мағыналы болуы үшін ДНҚ синтезіне – мағыналы тізбектердің іргелі құрылыс блоктарын құруға – және сақталған ақпаратты оқуға қажет реттілік процесінің шығындарын азайту керек. Зерттеушілер бұл бағыт екенін айтады .
Майкрософт зерттеушілерінің пікірінше, автоматтандыру коммерциялық ауқымда деректерді сақтауға мүмкіндік беретін және оны арзанырақ ететін басқатырғыштың тағы бір негізгі бөлігі болып табылады.
Белгілі бір жағдайларда ДНҚ ондаған жылдар бойы бұзылатын қазіргі заманғы мұрағаттық сақтау жүйелеріне қарағанда әлдеқайда ұзағырақ жұмыс істей алады. Кейбір ДНҚ он мыңдаған жылдар бойы идеалды емес жағдайларда — мамонт тістерінде және ертедегі адамдардың сүйектерінде өмір сүре алды. Бұл адамзат бар болғанша деректерді осылай сақтауға болатынын білдіреді.
Автоматтандырылған ДНҚ сақтау жүйесі Microsoft және Вашингтон университеті (UW) әзірлеген бағдарламалық құралды пайдаланады. Ол сандық деректердің бірліктері мен нөлдерін ДНҚ-ның «құрылыс блоктары» болып табылатын нуклеотидтер тізбегіне (A, T, C және G) түрлендіреді. Содан кейін жүйе дайындалған ДНҚ фрагменттерін жинайтын және оларды сақтау контейнеріне орналастыратын синтезаторға қажетті сұйықтықтар мен реагенттерді жеткізу үшін қымбат емес, негізінен дайын емес зертханалық жабдықты пайдаланады.
Жүйе ақпаратты алу қажет болғанда, ол ДНҚ-ны дұрыс дайындау үшін басқа химиялық заттарды қосады және сұйықтықтарды жүйенің ДНҚ молекулаларының ретін оқитын бөліктеріне итеріп, оларды компьютер түсінетін ақпаратқа түрлендіру үшін микрофлюидті сорғыларды пайдаланады. Зерттеушілердің айтуынша, жобаның мақсаты жүйенің тез немесе арзан жұмыс істейтінін дәлелдеу емес, жай ғана автоматтандырудың мүмкін екенін көрсету.
Автоматтандырылған ДНҚ сақтау жүйесінің ең айқын артықшылықтарының бірі ғалымдарды реагенттер бөтелкелерін іздеуге немесе пробиркаларға сұйықтық тамшыларын қосу монотондылығына уақыт жоғалтпай күрделі мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.
«Қайталанатын жұмыстарды орындау үшін автоматтандырылған жүйенің болуы зертхана қызметкерлеріне тікелей зерттеулерге назар аударуға, инновацияларды тезірек енгізудің жаңа стратегияларын әзірлеуге мүмкіндік береді», - деді Microsoft зерттеушісі Бихлин Нгуен.
Молекулалық ақпараттық жүйелер зертханасының командасы (MISL) мысықтардың фотосуреттерін, тамаша әдебиет туындыларын сақтай алатынын көрсетті. және мұрағатталған ДНҚ жазбаларын және осы файлдарды қатесіз шығарып алыңыз. Бүгінгі күні олар ұрып-соғып, ДНҚ-да 1 гигабайт деректерді сақтай алды .
Зерттеушілер әдістерін де әзірледі файлдарды цифрлық пішімге қайта түрлендірусіз молекулалардың өздерін пайдаланып, тек алма немесе жасыл велосипеді бар кескіндерді табу және шығару сияқты.
«Біз деректерді сақтау үшін молекулаларды және оларды басқару және өңдеу үшін электрониканы пайдаланатын жаңа типті компьютерлік жүйенің дүниеге келуіне куә болып отырмыз деп айтуға болады. Бұл комбинация болашақ үшін өте қызықты мүмкіндіктер ашады», - деді Вашингтон университетінің Аллен мектебінің профессоры. .
Кремний негізіндегі есептеу жүйелерінен айырмашылығы, ДНҚ негізіндегі сақтау және есептеу жүйелері молекулаларды жылжыту үшін сұйықтықтарды пайдалануы керек. Бірақ сұйықтар табиғаты бойынша электрондардан ерекшеленеді және мүлдем жаңа техникалық шешімдерді қажет етеді.
Вашингтон университетінің командасы Microsoft корпорациясымен бірлесе отырып, электродтар торындағы тамшыларды жылжыту үшін электр және су қасиеттерін пайдалану арқылы зертханалық тәжірибелерді автоматтандыратын бағдарламаланатын жүйені әзірлеуде. деп аталатын бағдарламалық және аппараттық құралдардың толық жиынтығы , әртүрлі сұйықтықтарды араластыра, бөле, қыздырып немесе суытып, зертханалық хаттамаларды орындай алады.
Мақсат - қазіргі уақытта қолмен немесе қымбат сұйықтықты өңдейтін роботтармен орындалатын зертханалық тәжірибелерді автоматтандыру және шығындарды азайту.
MISL командасының келесі қадамдары қарапайым, соңына дейін автоматтандырылған жүйені Purple Drop сияқты технологиялармен, сондай-ақ ДНҚ молекулаларын іздеуге мүмкіндік беретін басқа технологиялармен біріктіруді қамтиды. Зерттеушілер өздерінің автоматтандырылған жүйесін әдейі модульдік етіп жасады, осылайша ол ДНҚ синтезі, секвенциясы және манипуляциясының жаңа технологиялары пайда болған кезде дами алады.
«Бұл жүйенің артықшылықтарының бірі, егер біз бөліктердің бірін жаңа, жақсырақ немесе жылдамырақ нәрсемен ауыстырғымыз келсе, біз жай ғана жаңа бөлікті қоса аламыз», - деді Нгуен. «Бұл бізге болашаққа көбірек икемділік береді».
Үздік сурет: Microsoft пен Вашингтон университетінің зерттеушілері «сөзін жазып алып, санады.Сәлеметсіз бе«, бірінші толық автоматтандырылған ДНҚ деректерін сақтау жүйесін пайдалана отырып. Бұл жаңа технологияны зертханалардан коммерциялық деректер орталықтарына көшірудің негізгі қадамы.
Ақпарат көзі: www.habr.com