Penyelidik dari Microsoft dan Universiti Washington telah menunjukkan sistem penyimpanan data yang boleh dibaca sepenuhnya automatik sepenuhnya untuk DNA yang dicipta secara buatan. Ini merupakan langkah penting ke arah memindahkan teknologi baharu daripada makmal penyelidikan ke pusat data komersial.
Pembangun membuktikan konsep itu dengan ujian mudah: mereka berjaya mengekod perkataan "hello" menjadi serpihan molekul DNA sintetik dan menukarnya semula kepada data digital menggunakan sistem hujung ke hujung automatik sepenuhnya, yang diterangkan dalam , diterbitkan pada 21 Mac dalam Laporan Saintifik Alam.
Molekul DNA boleh menyimpan maklumat digital pada ketumpatan yang sangat tinggi, iaitu, dalam ruang fizikal yang banyak urutan magnitud lebih kecil daripada yang diduduki oleh pusat data moden. Ia adalah salah satu penyelesaian yang menjanjikan untuk menyimpan sejumlah besar data yang dijana oleh dunia setiap hari, daripada rekod perniagaan dan video haiwan comel kepada gambar perubatan dan imej dari angkasa.
Microsoft sedang meneroka cara untuk merapatkan jurang potensi antara dan kami mahu memelihara, dan keupayaan kami untuk memeliharanya. Kaedah ini termasuk pembangunan algoritma dan teknologi pengkomputeran molekul untuk . Ini akan membolehkan semua maklumat yang disimpan dalam pusat data moden yang besar untuk dimuatkan ke dalam ruang kira-kira saiz beberapa dadu.
βMatlamat utama kami adalah untuk melancarkan sistem yang, kepada pengguna akhir, akan kelihatan hampir sama seperti mana-mana sistem storan awan lain: maklumat dihantar ke pusat data dan disimpan di sana, dan kemudian ia hanya muncul apabila pelanggan memerlukannya, β kata Sr. penyelidik Microsoft Karin Strauss. "Untuk melakukan ini, kami perlu membuktikan bahawa ia masuk akal secara praktikal dari perspektif automasi."
Maklumat itu disimpan dalam molekul DNA sintetik yang dicipta dalam makmal, bukannya dalam DNA manusia atau hidupan lain, dan boleh disulitkan sebelum dihantar ke sistem. Walaupun mesin kompleks seperti pensintesis dan penjujukan sudah melaksanakan bahagian penting dalam proses, banyak langkah perantaraan sehingga kini memerlukan buruh manual dalam makmal penyelidikan. "Ia tidak sesuai untuk kegunaan komersil, " kata Chris Takahashi, felo penyelidik kanan di Paul Allen School of Computer Science and Engineering di USF ().
"Anda tidak boleh meminta orang berlari di sekitar pusat data dengan pipet, ia terlalu terdedah kepada kesilapan manusia, ia terlalu mahal dan ia mengambil terlalu banyak ruang," jelas Takahashi.
Agar kaedah penyimpanan data ini dapat difahami secara komersil, kos kedua-dua sintesis DNAβmencipta blok binaan asas bagi jujukan yang bermaknaβdan proses penjujukan yang diperlukan untuk membaca maklumat yang disimpan mesti dikurangkan. Penyelidik mengatakan ini adalah hala tuju .
Automasi adalah satu lagi bahagian penting dalam teka-teki, menjadikan penyimpanan data pada skala komersial dan lebih berpatutan, menurut penyelidik Microsoft.
Dalam keadaan tertentu, DNA boleh bertahan lebih lama daripada sistem penyimpanan arkib moden, yang merosot selama beberapa dekad. Sesetengah DNA telah berjaya bertahan dalam keadaan kurang ideal selama berpuluh-puluh ribu tahunβdalam gading raksasa dan dalam tulang manusia awal. Ini bermakna data boleh disimpan dengan cara ini selagi manusia wujud.
Sistem penyimpanan DNA automatik menggunakan perisian yang dibangunkan oleh Microsoft dan University of Washington (UW). Ia menukar satu dan sifar data digital kepada jujukan nukleotida (A, T, C dan G), yang merupakan "blok binaan" DNA. Sistem itu kemudiannya menggunakan peralatan makmal yang murah, kebanyakannya di luar rak, untuk membekalkan cecair dan reagen yang diperlukan kepada pensintesis, yang mengumpul serpihan DNA yang direka dan meletakkannya di dalam bekas simpanan.
Apabila sistem perlu mengekstrak maklumat, ia menambahkan bahan kimia lain untuk menyediakan DNA dengan betul dan menggunakan pam mikrobendalir untuk menolak cecair ke bahagian sistem yang membaca urutan molekul DNA dan menukarkannya kembali kepada maklumat yang boleh difahami oleh komputer. Para penyelidik berkata matlamat projek itu bukan untuk membuktikan bahawa sistem itu boleh berfungsi dengan cepat atau murah, tetapi hanya untuk menunjukkan bahawa automasi adalah mungkin.
Salah satu faedah yang paling jelas daripada sistem penyimpanan DNA automatik ialah ia membebaskan saintis untuk menyelesaikan masalah yang kompleks tanpa membuang masa mencari botol reagen atau kebosanan menambahkan titisan cecair ke dalam tabung uji.
"Mempunyai sistem automatik untuk melakukan kerja berulang membolehkan makmal menumpukan secara langsung kepada penyelidikan dan membangunkan strategi baharu untuk berinovasi dengan lebih pantas," kata penyelidik Microsoft Bihlin Nguyen.
Pasukan dari Makmal Sistem Maklumat Molekul (MISL) telah menunjukkan bahawa ia boleh menyimpan gambar kucing, karya sastera yang indah, dan arkibkan rekod DNA dan ekstrak fail ini tanpa ralat. Sehingga kini, mereka telah dapat menyimpan 1 gigabait data dalam DNA, mengalahkan .
Penyelidik juga telah membangunkan kaedah untuk seperti mencari dan mendapatkan semula hanya imej yang mengandungi epal atau basikal hijau menggunakan molekul itu sendiri, tanpa menukar fail kembali kepada format digital.
βAdalah selamat untuk mengatakan bahawa kita sedang menyaksikan kelahiran jenis sistem komputer baharu, di mana molekul digunakan untuk penyimpanan data dan elektronik untuk kawalan dan pemprosesan. Gabungan ini membuka kemungkinan yang sangat menarik untuk masa depan,β kata profesor Allen School di University of Washington. .
Tidak seperti sistem pengkomputeran berasaskan silikon, penyimpanan dan sistem pengkomputeran berasaskan DNA mesti menggunakan cecair untuk menggerakkan molekul. Tetapi cecair berbeza sifatnya daripada elektron dan memerlukan penyelesaian teknikal yang baru sepenuhnya.
Pasukan Universiti Washington, dengan kerjasama Microsoft, juga sedang membangunkan sistem boleh atur cara yang mengautomasikan eksperimen makmal dengan menggunakan sifat elektrik dan air untuk menggerakkan titisan pada grid elektrod. Satu set lengkap perisian dan perkakasan dipanggil , boleh mencampur, mengasingkan, memanaskan atau menyejukkan pelbagai cecair dan melaksanakan protokol makmal.
Matlamatnya adalah untuk mengautomasikan eksperimen makmal yang sedang dilakukan secara manual atau oleh robot pengendalian cecair yang mahal dan mengurangkan kos.
Langkah seterusnya untuk pasukan MISL termasuk menyepadukan sistem automatik hujung ke hujung yang ringkas dengan teknologi seperti Purple Drop, serta teknologi lain yang membolehkan pencarian molekul DNA. Para penyelidik sengaja menjadikan sistem automatik mereka modular supaya ia boleh berkembang apabila teknologi baharu untuk sintesis DNA, penjujukan dan manipulasi muncul.
"Salah satu faedah sistem ini ialah jika kita ingin menggantikan salah satu bahagian dengan sesuatu yang baharu, lebih baik atau lebih pantas, kita boleh pasangkan bahagian baharu sahaja," kata Nguyen. "Ini memberi kami lebih fleksibiliti untuk masa depan."
Imej teratas: Penyelidik dari Microsoft dan University of Washington merekod dan mengira perkataan "hello", menggunakan sistem penyimpanan data DNA automatik sepenuhnya yang pertama. Ini merupakan langkah penting dalam memindahkan teknologi baharu daripada makmal ke pusat data komersial.
Sumber: www.habr.com