Pētnieki no Microsoft un Vašingtonas universitātes ir parādījuši pirmo pilnībā automatizēto, nolasāmo datu glabāšanas sistēmu mākslīgi izveidotai DNS. Tas ir būtisks solis ceļā uz jaunu tehnoloģiju pārvietošanu no pētniecības laboratorijām uz komerciāliem datu centriem.
Izstrādātāji pierādīja koncepciju ar vienkāršu testu: viņi veiksmīgi iekodēja vārdu "sveiki" sintētiskās DNS molekulas fragmentos un pārveidoja to atpakaļ digitālos datos, izmantojot pilnībā automatizētu pilnu sistēmu, kas aprakstīta , publicēts 21. martā Nature Scientific Reports.
DNS molekulas var uzglabāt digitālo informāciju ļoti lielā blīvumā, tas ir, fiziskajā telpā, kas ir par daudzām kārtām mazāka nekā mūsdienu datu centri. Tas ir viens no daudzsološajiem risinājumiem, lai uzglabātu milzīgo datu apjomu, ko pasaule ģenerē katru dienu, sākot no biznesa ierakstiem un jaukiem dzīvnieku video līdz medicīniskām fotogrāfijām un attēliem no kosmosa.
Microsoft pēta veidus, kā pārvarēt iespējamo plaisu starp un mēs vēlamies tos saglabāt, un mūsu spēja tos saglabāt. Šīs metodes ietver algoritmu un molekulāro skaitļošanas tehnoloģiju izstrādi . Tas ļautu visai informācijai, kas tiek glabāta lielā modernā datu centrā, ietilpināt telpā, kas ir aptuveni vairāku kauliņu lielumā.
“Mūsu galvenais mērķis ir ieviest ražošanā sistēmu, kas gala lietotājam izskatās gandrīz tāda pati kā jebkura cita mākoņkrātuves sistēma: informācija tiek nosūtīta uz datu centru un glabājas tur, un tad tā vienkārši parādās, kad klientam tā ir nepieciešama. ,” stāsta vecākais Microsoft pētnieks Karins Štrauss. "Lai to izdarītu, mums bija jāpierāda, ka tam ir praktiska jēga no automatizācijas viedokļa."
Informācija tiek glabāta sintētiskās DNS molekulās, kas izveidotas laboratorijā, nevis cilvēku vai citu dzīvo būtņu DNS, un to var šifrēt pirms nosūtīšanas uz sistēmu. Lai gan sarežģītas iekārtas, piemēram, sintezatori un sekvencētāji, jau veic galvenās procesa daļas, daudziem starpposmiem līdz šim ir bijis nepieciešams roku darbs pētniecības laboratorijā. "Tas nav piemērots komerciālai lietošanai," sacīja Kriss Takahaši, vecākais zinātniskais līdzstrādnieks Pola Allena Datorzinātņu un inženierzinātņu skolā USF.).
"Nedrīkst likt cilvēkiem, kas skraida pa datu centru ar pipetēm, tas ir pārāk pakļauts cilvēka kļūdām, tas ir pārāk dārgi un aizņem pārāk daudz vietas," skaidroja Takahaši.
Lai šai datu glabāšanas metodei būtu komerciāla jēga, ir jāsamazina gan DNS sintēzes izmaksas — jēgpilnu secību pamatelementu izveide, gan sekvencēšanas process, kas nepieciešams saglabātās informācijas nolasīšanai. Pētnieki saka, ka tas ir virziens .
Pēc Microsoft pētnieku domām, automatizācija ir vēl viena svarīga mīkla, kas padara datu glabāšanu komerciālā mērogā un pieejamāku.
Noteiktos apstākļos DNS var kalpot daudz ilgāk nekā mūsdienu arhīvu uzglabāšanas sistēmas, kas degradējas gadu desmitiem. Daļai DNS ir izdevies izdzīvot mazāk nekā ideālos apstākļos desmitiem tūkstošu gadu — mamutu ilkņos un agrīno cilvēku kaulos. Tas nozīmē, ka datus šādā veidā var uzglabāt tik ilgi, kamēr pastāv cilvēce.
Automatizētā DNS uzglabāšanas sistēma izmanto Microsoft un Vašingtonas universitātes (UW) izstrādāto programmatūru. Tas pārveido digitālo datu vieniniekus un nulles nukleotīdu sekvencēs (A, T, C un G), kas ir DNS “būves bloki”. Pēc tam sistēma izmanto lētu, pārsvarā jau nopērkamu laboratorijas aprīkojumu, lai piegādātu nepieciešamos šķidrumus un reaģentus sintezatoram, kas savāc izgatavotos DNS fragmentus un ievieto uzglabāšanas konteinerā.
Kad sistēmai ir nepieciešams iegūt informāciju, tā pievieno citas ķīmiskas vielas, lai pareizi sagatavotu DNS, un izmanto mikrofluidiskos sūkņus, lai iespiestu šķidrumus sistēmas daļās, kas nolasa DNS molekulu sekvences un pārvērš tās atpakaļ informācijā, ko var saprast dators. Pētnieki saka, ka projekta mērķis nebija pierādīt, ka sistēma var darboties ātri vai lēti, bet gan vienkārši parādīt, ka automatizācija ir iespējama.
Viens no acīmredzamākajiem automatizētās DNS uzglabāšanas sistēmas priekšrocībām ir tas, ka tā ļauj zinātniekiem risināt sarežģītas problēmas, netērējot laiku, meklējot reaģentu pudeles vai monotoniju, pievienojot šķidruma pilienus mēģenēs.
"Automatizēta sistēma atkārtota darba veikšanai ļauj laboratorijām koncentrēties tieši uz pētniecību un izstrādāt jaunas stratēģijas, lai ātrāk ieviestu jauninājumus," sacīja Microsoft pētnieks Bihlins Ngujens.
Komanda no Molekulāro informācijas sistēmu laboratorijas (MISL) jau ir pierādījis, ka var uzglabāt kaķu fotogrāfijas, brīnišķīgus literatūras darbus, un arhivētos DNS ierakstus un izvilkt šos failus bez kļūdām. Līdz šim viņi ir spējuši saglabāt 1 gigabaitu datu DNS, pārspējot .
Pētnieki ir arī izstrādājuši metodes, lai piemēram, atrast un izgūt tikai attēlus, kuros ir ābols vai zaļš velosipēds, izmantojot pašas molekulas, nepārvēršot failus atpakaļ digitālā formātā.
“Var droši teikt, ka esam liecinieki jauna veida datorsistēmas dzimšanai, kurā datu glabāšanai tiek izmantotas molekulas, bet kontrolei un apstrādei – elektronika. Šī kombinācija paver ļoti interesantas iespējas nākotnei,” sacīja Alena skolas profesors no Vašingtonas universitātes. .
Atšķirībā no skaitļošanas sistēmām, kuru pamatā ir silīcijs, uz DNS balstītām uzglabāšanas un skaitļošanas sistēmām molekulu pārvietošanai jāizmanto šķidrumi. Bet šķidrumi pēc būtības atšķiras no elektroniem un tiem ir nepieciešami pilnīgi jauni tehniskie risinājumi.
Vašingtonas Universitātes komanda sadarbībā ar Microsoft izstrādā arī programmējamu sistēmu, kas automatizē laboratorijas eksperimentus, izmantojot elektrības un ūdens īpašības, lai pārvietotu pilienus uz elektrodu režģa. Tiek saukts pilns programmatūras un aparatūras komplekts , var sajaukt, atdalīt, sildīt vai atdzesēt dažādus šķidrumus un veikt laboratorijas protokolus.
Mērķis ir automatizēt laboratorijas eksperimentus, kas pašlaik tiek veikti manuāli vai ar dārgiem šķidruma apstrādes robotiem, un samazināt izmaksas.
Nākamie soļi MISL komandai ietver vienkāršas, visaptverošas automatizētas sistēmas integrāciju ar tādām tehnoloģijām kā Purple Drop, kā arī citas tehnoloģijas, kas ļauj meklēt DNS molekulas. Pētnieki apzināti padarīja savu automatizēto sistēmu modulāru, lai tā varētu attīstīties, kad parādījās jaunas DNS sintēzes, sekvencēšanas un manipulācijas tehnoloģijas.
"Viena no šīs sistēmas priekšrocībām ir tā, ka, ja mēs vēlamies nomainīt kādu no daļām ar kaut ko jaunu, labāku vai ātrāku, mēs varam vienkārši pievienot jauno daļu," sacīja Ngujens. "Tas dod mums lielāku elastību nākotnei."
Augšējais attēls: Microsoft un Vašingtonas universitātes pētnieki ierakstīja un saskaitīja vārdu "sveiki", izmantojot pirmo pilnībā automatizēto DNS datu uzglabāšanas sistēmu. Tas ir būtisks solis jaunu tehnoloģiju pārcelšanā no laboratorijām uz komerciāliem datu centriem.
Avots: www.habr.com