नमस्कार! DNA रेणूंमध्ये जगातील पहिले स्वयंचलित डेटा स्टोरेज

मायक्रोसॉफ्ट आणि युनिव्हर्सिटी ऑफ वॉशिंग्टनच्या संशोधकांनी कृत्रिमरीत्या तयार केलेल्या डीएनएसाठी प्रथम पूर्णपणे स्वयंचलित, वाचनीय डेटा स्टोरेज सिस्टमचे प्रात्यक्षिक दाखवले आहे. संशोधन प्रयोगशाळेतून व्यावसायिक डेटा केंद्रांपर्यंत नवीन तंत्रज्ञान हलवण्याच्या दिशेने हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे.

विकसकांनी एका सोप्या चाचणीद्वारे संकल्पना सिद्ध केली: त्यांनी "हॅलो" हा शब्द सिंथेटिक डीएनए रेणूच्या तुकड्यांमध्ये यशस्वीरित्या एन्कोड केला आणि पूर्णपणे स्वयंचलित एंड-टू-एंड सिस्टम वापरून डिजिटल डेटामध्ये रूपांतरित केले, ज्याचे वर्णन यात केले आहे. लेख, नेचर सायंटिफिक रिपोर्ट्स मध्ये 21 मार्च रोजी प्रकाशित केले.

हा लेख आमच्या वेबसाइटवर आहे.

डीएनए रेणू डिजिटल माहिती अतिशय उच्च घनतेवर साठवू शकतात, म्हणजे, भौतिक जागेत जे आधुनिक डेटा केंद्रांनी व्यापलेल्यापेक्षा लहान आकारमानाच्या अनेक ऑर्डर आहेत. व्यवसाय रेकॉर्ड्स आणि गोंडस प्राण्यांच्या व्हिडिओंपासून ते वैद्यकीय छायाचित्रे आणि अवकाशातील प्रतिमांपर्यंत जगात दररोज निर्माण होणारा प्रचंड डेटा संग्रहित करण्यासाठी हा एक आशादायक उपाय आहे.

मायक्रोसॉफ्ट दरम्यान संभाव्य अंतर भरून काढण्यासाठी मार्ग शोधत आहे आम्ही तयार केलेल्या डेटाचे प्रमाण आणि आम्हाला ते जतन करायचे आहे आणि ते जतन करण्याची आमची क्षमता आहे. या पद्धतींमध्ये अल्गोरिदम आणि आण्विक संगणन तंत्रज्ञानाचा विकास समाविष्ट आहे कृत्रिम डीएनए मध्ये एन्कोडिंग डेटा. हे एका मोठ्या आधुनिक डेटा सेंटरमध्ये संग्रहित केलेली सर्व माहिती एका जागेत बसवण्यास अनुमती देईल जे साधारणपणे अनेक फास्यांच्या आकारात असेल.

“आमचे मुख्य उद्दिष्ट अशी प्रणाली लाँच करणे हे आहे की, अंतिम वापरकर्त्याला, इतर कोणत्याही क्लाउड स्टोरेज सिस्टम प्रमाणेच दिसेल: माहिती डेटा सेंटरला पाठविली जाते आणि तेथे संग्रहित केली जाते आणि नंतर क्लायंटला आवश्यक असताना ती दिसते, "मायक्रोसॉफ्टचे वरिष्ठ संशोधक कॅरिन स्ट्रॉस म्हणतात. "हे करण्यासाठी, आम्हाला हे सिद्ध करणे आवश्यक आहे की ऑटोमेशनच्या दृष्टीकोनातून याचा व्यावहारिक अर्थ आहे."

माहिती लोकांच्या किंवा इतर सजीवांच्या डीएनएमध्ये न ठेवता प्रयोगशाळेत तयार केलेल्या कृत्रिम डीएनए रेणूंमध्ये संग्रहित केली जाते आणि सिस्टमला पाठवण्यापूर्वी ती एन्क्रिप्ट केली जाऊ शकते. सिंथेसायझर आणि सिक्वेन्सर यांसारखी जटिल मशीन आधीच प्रक्रियेचे मुख्य भाग पार पाडत असली तरी, संशोधन प्रयोगशाळेत आतापर्यंत अनेक इंटरमीडिएट पायऱ्यांसाठी मॅन्युअल श्रम आवश्यक आहेत. "ते व्यावसायिक वापरासाठी योग्य नाही," ख्रिस ताकाहाशी म्हणाले, यूएसएफ (पॉल जी. एलन स्कूल ऑफ कॉम्प्युटर सायन्स अँड इंजिनीअरिंग).

"आपल्याकडे डेटा सेंटरच्या आसपास लोक पिपेट्ससह धावू शकत नाहीत, ते मानवी चुकांना खूप प्रवण आहे, ते खूप महाग आहे आणि ते खूप जागा घेते," ताकाहाशी यांनी स्पष्ट केले.

या डेटा स्टोरेज पद्धतीचा व्यावसायिक अर्थ लावण्यासाठी, दोन्ही डीएनए संश्लेषणाची किंमत-अर्थपूर्ण अनुक्रमांचे मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स तयार करणे-आणि संग्रहित माहिती वाचण्यासाठी आवश्यक अनुक्रम प्रक्रिया कमी करणे आवश्यक आहे. ही दिशा असल्याचे संशोधकांचे म्हणणे आहे जलद विकास.

मायक्रोसॉफ्टच्या संशोधकांच्या म्हणण्यानुसार ऑटोमेशन हा कोडेचा आणखी एक महत्त्वाचा भाग आहे, ज्यामुळे डेटा स्टोरेज व्यावसायिक स्तरावर आणि अधिक परवडणारा आहे.

काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, डीएनए आधुनिक अभिलेखीय संचयन प्रणालींपेक्षा जास्त काळ टिकू शकतो, जे अनेक दशकांमध्ये खराब होत आहे. काही DNA हजारो वर्षांपासून अगदी कमी-आदर्श परिस्थितीत टिकून राहण्यात यशस्वी झाले आहेत—मॅमथ टस्कमध्ये आणि सुरुवातीच्या मानवांच्या हाडांमध्ये. याचा अर्थ असा की जोपर्यंत मानवता अस्तित्वात आहे तोपर्यंत डेटा अशा प्रकारे संग्रहित केला जाऊ शकतो.

स्वयंचलित DNA स्टोरेज सिस्टीम मायक्रोसॉफ्ट आणि युनिव्हर्सिटी ऑफ वॉशिंग्टन (UW) ने विकसित केलेले सॉफ्टवेअर वापरते. हे डिजिटल डेटाच्या अंक आणि शून्यांना न्यूक्लियोटाइड्स (ए, टी, सी आणि जी) च्या अनुक्रमांमध्ये रूपांतरित करते, जे डीएनएचे "बिल्डिंग ब्लॉक्स" आहेत. सिंथेसायझरला आवश्यक द्रव आणि अभिकर्मक पुरवण्यासाठी सिस्टीम नंतर स्वस्त, बहुतेक ऑफ-द-शेल्फ, प्रयोगशाळेतील उपकरणे वापरते, जे तयार केलेले DNA तुकडे गोळा करते आणि त्यांना स्टोरेज कंटेनरमध्ये ठेवते.

जेव्हा सिस्टमला माहिती काढायची असते, तेव्हा ती DNA योग्यरित्या तयार करण्यासाठी इतर रसायने जोडते आणि DNA रेणूंचे अनुक्रम वाचणाऱ्या आणि संगणकाला समजू शकणार्‍या माहितीमध्ये परत रूपांतरित करणाऱ्या प्रणालीच्या भागांमध्ये द्रव ढकलण्यासाठी मायक्रोफ्लुइडिक पंप वापरते. संशोधकांचे म्हणणे आहे की या प्रकल्पाचे उद्दिष्ट हे सिस्टीम जलद किंवा स्वस्तात काम करू शकते हे सिद्ध करणे नव्हते तर केवळ ऑटोमेशन शक्य असल्याचे दर्शविणे हे होते.

ऑटोमेटेड डीएनए स्टोरेज सिस्टीमचा सर्वात स्पष्ट फायदा असा आहे की ते शास्त्रज्ञांना अभिकर्मकांच्या बाटल्या शोधण्यात वेळ न घालवता किंवा चाचणी ट्यूबमध्ये द्रवाचे थेंब जोडण्यात वेळ न घालवता जटिल समस्या सोडवण्यास मुक्त करते.

"पुनरावृत्तीचे काम करण्यासाठी स्वयंचलित प्रणाली असल्‍याने प्रयोगशाळांना संशोधनावर थेट लक्ष केंद्रित करता येते आणि जलद नवनिर्मिती करण्‍यासाठी नवीन धोरणे विकसित करता येतात," मायक्रोसॉफ्टचे संशोधक बिहलिन गुयेन यांनी सांगितले.

आण्विक माहिती प्रणाली प्रयोगशाळेतील टीम आण्विक माहिती प्रणाली प्रयोगशाळा (MISL) ने आधीच दाखवून दिले आहे की ते मांजरींची छायाचित्रे, साहित्यातील अद्भुत कलाकृती संग्रहित करू शकतात, видео आणि डीएनए रेकॉर्ड संग्रहित करा आणि त्रुटींशिवाय या फाइल्स काढा. आजपर्यंत, ते 1 गिगाबाईट डेटा डीएनएमध्ये साठवण्यात यशस्वी झाले आहेत 200 MB चा मागील जागतिक विक्रम.

यासाठी संशोधकांनी पद्धतीही विकसित केल्या आहेत अर्थपूर्ण गणना कराजसे की फायली पुन्हा डिजिटल फॉरमॅटमध्ये रूपांतरित न करता, स्वतः रेणू वापरून सफरचंद किंवा हिरवी सायकल असलेली प्रतिमा शोधणे आणि पुनर्प्राप्त करणे.

“हे सांगणे सुरक्षित आहे की आम्ही एका नवीन प्रकारच्या संगणक प्रणालीच्या जन्माचे साक्षीदार आहोत, ज्यामध्ये रेणूंचा वापर डेटा स्टोरेजसाठी आणि नियंत्रण आणि प्रक्रिया करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी केला जातो. हे संयोजन भविष्यासाठी अतिशय मनोरंजक शक्यता उघडते,” वॉशिंग्टन विद्यापीठातील अॅलन स्कूलचे प्राध्यापक म्हणाले. लुई सेसे.

सिलिकॉन-आधारित संगणकीय प्रणालीच्या विपरीत, डीएनए-आधारित स्टोरेज आणि संगणकीय प्रणालींनी रेणू हलविण्यासाठी द्रव वापरणे आवश्यक आहे. परंतु द्रव हे इलेक्ट्रॉनपेक्षा वेगळे असतात आणि त्यांना पूर्णपणे नवीन तांत्रिक उपायांची आवश्यकता असते.

युनिव्हर्सिटी ऑफ वॉशिंग्टन टीम, मायक्रोसॉफ्टच्या सहकार्याने, इलेक्ट्रोडच्या ग्रिडवर थेंब हलविण्यासाठी वीज आणि पाण्याचे गुणधर्म वापरून प्रयोगशाळेतील प्रयोग स्वयंचलित करणारी एक प्रोग्राम करण्यायोग्य प्रणाली देखील विकसित करत आहे. सॉफ्टवेअर आणि हार्डवेअरचा संपूर्ण संच म्हणतात पुडल आणि पर्पलड्रॉप, विविध द्रव मिसळू शकतात, वेगळे करू शकतात, गरम करू शकतात किंवा थंड करू शकतात आणि प्रयोगशाळा प्रोटोकॉल करू शकतात.

सध्या मॅन्युअली किंवा महागड्या लिक्विड-हँडलिंग रोबोटद्वारे प्रयोगशाळेतील प्रयोग स्वयंचलित करणे आणि खर्च कमी करणे हे उद्दिष्ट आहे.

MISL संघासाठी पुढील चरणांमध्ये पर्पल ड्रॉप सारख्या तंत्रज्ञानासह एक साधी, एंड-टू-एंड स्वयंचलित प्रणाली एकत्रित करणे, तसेच DNA रेणूंचा शोध सक्षम करणाऱ्या इतर तंत्रज्ञानाचा समावेश होतो. संशोधकांनी जाणूनबुजून त्यांची स्वयंचलित प्रणाली मॉड्यूलर बनवली जेणेकरून डीएनए संश्लेषण, अनुक्रम आणि हाताळणीसाठी नवीन तंत्रज्ञान विकसित होऊ शकेल.

"या प्रणालीचा एक फायदा असा आहे की जर आम्हाला एखाद्या भागाला नवीन, चांगले किंवा वेगवान काहीतरी बदलायचे असेल तर आम्ही फक्त नवीन भाग जोडू शकतो," गुयेन म्हणाले. "हे आम्हाला भविष्यासाठी अधिक लवचिकता देते."

शीर्ष प्रतिमा: मायक्रोसॉफ्ट आणि वॉशिंग्टन विद्यापीठातील संशोधकांनी "हा शब्द रेकॉर्ड केला आणि मोजला.हॅलो", प्रथम पूर्णपणे स्वयंचलित DNA डेटा स्टोरेज सिस्टम वापरून. प्रयोगशाळांमधून व्यावसायिक डेटा केंद्रांमध्ये नवीन तंत्रज्ञान हलवण्याचे हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे.

स्त्रोत: www.habr.com