„Microsoft“ ir Vašingtono universiteto mokslininkai pademonstravo pirmąją visiškai automatizuotą, nuskaitomą dirbtinai sukurtos DNR duomenų saugojimo sistemą. Tai pagrindinis žingsnis siekiant naujų technologijų perkėlimo iš tyrimų laboratorijų į komercinius duomenų centrus.
Kūrėjai įrodė koncepciją paprastu testu: jie sėkmingai užkodavo žodį „labas“ į sintetinės DNR molekulės fragmentus ir pavertė jį atgal į skaitmeninius duomenis naudodami visiškai automatizuotą nuo galo iki galo sistemą, kuri aprašyta , paskelbtas kovo 21 d. Nature Scientific Reports.
DNR molekulės gali saugoti skaitmeninę informaciją labai dideliu tankiu, tai yra, fizinėje erdvėje, kuri yra daug dydžių mažesnė nei šiuolaikinių duomenų centrų. Tai vienas iš perspektyvių sprendimų, leidžiančių saugoti didžiulį duomenų kiekį, kurį pasaulis generuoja kiekvieną dieną, nuo verslo įrašų ir mielų gyvūnų vaizdo įrašų iki medicininių nuotraukų ir vaizdų iš kosmoso.
„Microsoft“ tiria būdus, kaip sumažinti galimą atotrūkį ir mes norime išsaugoti, ir mūsų gebėjimas juos išsaugoti. Šie metodai apima algoritmų ir molekulinio skaičiavimo technologijų kūrimą . Taip visa dideliame šiuolaikiniame duomenų centre saugoma informacija tilptų maždaug kelių kauliukų dydžio erdvėje.
„Pagrindinis mūsų tikslas – sukurti tokią sistemą, kuri galutiniam vartotojui atrodytų beveik taip pat, kaip ir bet kuri kita debesų saugojimo sistema: informacija siunčiama į duomenų centrą ir ten saugoma, o tada ji tiesiog atsiranda, kai klientui jos reikia. “, – sako vyresnioji „Microsoft“ tyrėja Karin Strauss. „Kad tai padarytume, turėjome įrodyti, kad tai buvo praktiška automatizavimo požiūriu.
Informacija saugoma sintetinėse DNR molekulėse, sukurtose laboratorijoje, o ne žmonių ar kitų gyvų būtybių DNR ir gali būti užšifruota prieš siunčiant į sistemą. Nors sudėtingos mašinos, tokios kaip sintezatoriai ir sekvenatoriai, jau atlieka pagrindines proceso dalis, daugeliui tarpinių žingsnių iki šiol reikėjo rankų darbo tyrimų laboratorijoje. „Tai netinka komerciniam naudojimui“, – sakė USF Paulo Alleno kompiuterių mokslo ir inžinerijos mokyklos vyresnysis mokslinis bendradarbis Chrisas Takahashi.).
„Negalite žmonių lakstyti po duomenų centrą su pipetėmis, nes tai per daug linkusi į žmogiškąsias klaidas, per brangu ir užima per daug vietos“, – paaiškino Takahashi.
Kad šis duomenų saugojimo metodas būtų komerciškai prasmingas, turi būti sumažintos tiek DNR sintezės, kuriant pagrindinius prasmingų sekų blokus, tiek sekos nustatymo proceso, reikalingo saugomai informacijai nuskaityti, sąnaudos. Mokslininkai teigia, kad tokia kryptis .
„Microsoft“ tyrėjų teigimu, automatizavimas yra dar viena pagrindinė galvosūkio dalis, todėl duomenų saugojimas komerciniu mastu ir prieinamesnis.
Tam tikromis sąlygomis DNR gali tarnauti daug ilgiau nei šiuolaikinės archyvinės saugojimo sistemos, kurios degraduoja dešimtmečius. Kai kurioms DNR pavyko išgyventi mažiau nei idealiomis sąlygomis dešimtis tūkstančių metų – mamuto iltyse ir ankstyvųjų žmonių kauluose. Tai reiškia, kad duomenys gali būti saugomi tokiu būdu tol, kol egzistuoja žmonija.
Automatizuota DNR saugojimo sistema naudoja „Microsoft“ ir Vašingtono universiteto (UW) sukurtą programinę įrangą. Jis konvertuoja skaitmeninių duomenų vienetus ir nulius į nukleotidų sekas (A, T, C ir G), kurios yra DNR „statybiniai blokai“. Tada sistema naudoja nebrangią, dažniausiai jau parduodamą, laboratorinę įrangą, kuri tiekia reikiamus skysčius ir reagentus į sintezatorių, kuris surenka pagamintus DNR fragmentus ir deda į talpyklą.
Kai sistemai reikia išgauti informaciją, ji prideda kitų cheminių medžiagų, kad tinkamai paruoštų DNR, ir naudoja mikroskysčių siurblius, kad skysčius stumtų į sistemos dalis, kurios nuskaito DNR molekulių sekas ir paverčia jas atgal į informaciją, kurią gali suprasti kompiuteris. Tyrėjai teigia, kad projekto tikslas buvo ne įrodyti, kad sistema gali veikti greitai ar pigiai, o tiesiog parodyti, kad automatizavimas įmanomas.
Vienas iš akivaizdžiausių automatizuotos DNR saugojimo sistemos pranašumų yra tai, kad ji leidžia mokslininkams spręsti sudėtingas problemas, negaištant laiko ieškant reagentų butelių ar monotonijos įlašinant skysčio į mėgintuvėlius.
„Turint automatizuotą sistemą, skirtą pakartotiniam darbui, laboratorijos gali sutelkti dėmesį į tyrimus ir kurti naujas strategijas, kaip greičiau diegti naujoves“, – sakė „Microsoft“ tyrėjas Bihlinas Nguyenas.
Molekulinių informacinių sistemų laboratorijos komanda (MISL) jau įrodė, kad gali saugoti kačių nuotraukas, nuostabius literatūros kūrinius, ir archyvuotus DNR įrašus ir išskleiskite šiuos failus be klaidų. Iki šiol jie sugebėjo saugoti 1 gigabaitą duomenų DNR, plakdami .
Tyrėjai taip pat sukūrė metodus pvz., naudojant pačias molekules rasti ir gauti tik vaizdus, kuriuose yra obuolys arba žalias dviratis, nekonvertuojant failų atgal į skaitmeninį formatą.
„Galima drąsiai teigti, kad gimsta naujo tipo kompiuterinė sistema, kurioje duomenims saugoti naudojamos molekulės, o valdymui ir apdorojimui – elektronika. Šis derinys atveria labai įdomias galimybes ateičiai“, – sakė Vašingtono universiteto Alleno mokyklos profesorius. .
Skirtingai nei silicio pagrindu veikiančios skaičiavimo sistemos, DNR pagrįstos saugojimo ir skaičiavimo sistemos turi naudoti skysčius molekulėms perkelti. Tačiau skysčiai savo prigimtimi skiriasi nuo elektronų ir reikalauja visiškai naujų techninių sprendimų.
Vašingtono universiteto komanda, bendradarbiaudama su Microsoft, taip pat kuria programuojamą sistemą, kuri automatizuoja laboratorinius eksperimentus, naudodama elektros ir vandens savybes, kad lašeliai judėtų ant elektrodų tinklelio. Visas programinės ir techninės įrangos rinkinys vadinamas , gali maišyti, atskirti, šildyti ar vėsinti įvairius skysčius bei atlikti laboratorinius protokolus.
Tikslas – automatizuoti laboratorinius eksperimentus, kurie šiuo metu atliekami rankiniu būdu arba brangiais skysčius tvarkančiais robotais, ir sumažinti išlaidas.
Kiti MISL komandos žingsniai yra paprastos, visapusiškos automatizuotos sistemos integravimas su tokiomis technologijomis kaip Purple Drop, taip pat kitos technologijos, leidžiančios ieškoti DNR molekulių. Tyrėjai sąmoningai padarė savo automatizuotą sistemą modulinę, kad ji galėtų vystytis, kai atsirado naujos DNR sintezės, sekos nustatymo ir manipuliavimo technologijos.
„Vienas iš šios sistemos privalumų yra tai, kad jei norime vieną iš dalių pakeisti kažkuo nauju, geresniu ar greitesniu, galime tiesiog prijungti naują dalį“, – sakė Nguyenas. „Tai suteikia mums daugiau lankstumo ateičiai.
Viršutinis vaizdas: „Microsoft“ ir Vašingtono universiteto mokslininkai įrašė ir suskaičiavo žodį „Sveiki“, naudojant pirmąją visiškai automatizuotą DNR duomenų saugojimo sistemą. Tai pagrindinis žingsnis perkeliant naujas technologijas iš laboratorijų į komercinius duomenų centrus.
Šaltinis: www.habr.com