Kërkuesit nga Microsoft dhe Universiteti i Washingtonit demonstruan sistemin e parë të plotësisht të automatizuar për ruajtjen e të dhënave në ADN të krijuar në mënyrë artificiale me mundësi leximi. Ky është një hap kyç drejt transferimit të teknologjisë së re nga laboratorët e hulumtimit në qendrat komerciale të përpunimit të të dhënave.
Zhvilluesit konfirmuan konceptin përmes një testi të thjeshtë: e koduan me sukses fjalën «hello» në fragmente të një molekule sintetike ADN dhe e kthyen atë përsëri në të dhëna dixhitale, duke përdorur një sistem të plotë automatizimi të përshkruar në , të publikuar më 21 mars në Nature Scientific Reports.
Në molekulat e ADN-së mund të ruhen të dhëna dixhitale me një densitet shumë të lartë, domethënë në një hapësirë fizike, e cila është shumë më e vogël se sa zënë qendrat moderne të përpunimit të të dhënave. Kjo është një nga zgjidhjet e premtuara për ruajtjen e sasisë së madhe të të dhënave që bota prodhon çdo ditë, nga rekordet e biznesit dhe videot e kafshëve të dashura deri tek skanat mjekësore dhe imazhet nga hapësira.
Microsoft po shqyrton mënyra për të kapërcyer dallimin e mundshëm midis dhe dëshirës tonë për t'i ruajtur ato, si dhe aftësisë sonë për t'i ruajtur. Njëra nga këto mënyra është zhvillimi i algoritmeve dhe teknologjive të llogaritjeve molekulare për . Kjo do të mundësonte ruajtjen e të gjithë informacionit që gjendet në një qendër moderne të përpunimit të të dhënave në një hapësirë, e cila është afërsisht e barabartë me madhësinë e disa zarave.
«Qëllimi ynë kryesor është të nisemi në funksion një sistem i cili për përdoruesin e fundit do të duket pothuajse njësoj si çdo sistem tjetër ruajtje në cloud: informacionet dërgohen në qendrën e përpunimit të të dhënave dhe ruhen aty, pastaj thjesht shfaqen kur nevojiten nga klienti,» thotë hulumtuesja e lartë e Microsoft, Karin Strauss. «Për këtë, na duhej të provonim se ka kuptim praktik nga pikëpamja e automatizimit».
Informacioni ruhet në molekulat sintetike të ADN-së, të krijuara në laborator, e jo në ADN-në e njerëzve apo krijesave të tjera të gjalla, dhe mund të kodifikohet para se të dërgohet në sistem. Ndërsa makinat komplekse, si sintetizatorët dhe sekvensorët, tashmë kryejnë pjesë kyçe të procesit, shumë nga hapat e ndërmjetëm ende kërkojnë punë manuale në laboratorin e kërkimit. "Kjo nuk është e përshtatshme për përdorim komercial," tha Chris Takahashi, shkencëtar i lartë në Shkollën e Informatikës dhe Inxhinierisë Paul G. Allen në Universitetin e Shteteve të Bashkuara.).
"Njerëzit nuk mund të vrapojnë me pipetat në qendrën e përpunimit të të dhënave, me këtë qasje ka shumë probabilitet të gabimit njerëzor, është shumë e shtrenjtë dhe kërkon shumë hapësirë," shpjegoi Takahashi.
Që kjo metodë e ruajtjes së të dhënave të ketë kuptim nga një pikëpamje komerciale, është e nevojshme që të ulen kostot si për sintetizimin e ADN-së — krijimin e ndërtuesve themelorë me sekuenca të rëndësishme, ashtu edhe për procesin e sekvenimit, i cili është i nevojshëm për të lexuar informacionin e ruajtur. Kërkuesit thonë se në këtë drejtim ka një zhvillim të shpejtë. .
Sipas kërkuesve nga Microsoft, automatizimi është një tjetër pjesë kyçe e këtij enigme, duke mundësuar organizimin e ruajtjes së të dhënave në një shkallë komerciale dhe ta bëjë atë më të arritshëm.
Nëse përmbahen kushte të caktuara, ADN-ja mund të ekzistojë shumë më gjatë se mjetet moderne të arkivimit që shkatërrohen brenda disa dekadash. Disa ADN kanë arritur të ruajnë në kushte të largëta nga idealja për dhjetëra mijëra vjet — në brirët e mamuthëve dhe në kockat e njerëzve të hershëm. Kështu, të dhënat mund të ruhen në këtë mënyrë derisa njerëzimi të ekzistojë.
Sistemi automatizuar i ruajtjes së të dhënave ADN përdor softuer të zhvilluar nga specialistët e Microsoft dhe Universitetit të Washingtonit (UW). Ai konverton njësitë dhe zeros e të dhënave dixhitale në sekuenca nukleotidesh (A, T, C dhe G), të cilat përfaqësojnë "blloqet ndërtuese" të ADN-së. Më pas, sistemi përdor pajisje laboratorike të lira, kryesisht standarde, për të transferuar lëngjet dhe reagjentët e nevojshëm në një sintetizues, i cili ndan fragmente të ADN-së të prodhuara dhe i vendos ato në një kapacitet ruajtjeje.
Kur sistemi ka nevojë të nxjerrë informacion, ai shton substanca të tjera kimike për të përgatitur saktë ADN-në dhe përdor pompa mikroflaido për të shtyrë lëngjet në ato pjesë të sistemit që lexojnë sekuencat e molekulave të ADN-së dhe i konvertojnë ato përsëri në informacion të kuptueshëm për kompjuterin. Studiuesit thonë se qëllimi i projektit nuk ishte të dëshmonte se sistemi mund të punonte shpejt ose lirë, por thjesht të tregonte se automatizimi është i mundur.
Një nga përfitimet më të dukshme të sistemit automatizuar të ruajtjes së ADN-së është se ai çliron shkencëtarët për të zgjidhur probleme më komplekse, duke u lejuar atyre të mos e humbasin kohën në kërkimin e shisheve me reagjentë ose në shtimin monotone të pikave të lëngut në tubat laboratorikë.
"Disponimi i një sistemi automatizuar për të kryer punët e përsëritura i lejon punonjësve të laboratorëve të angazhohen drejtpërdrejt në kërkime, të zhvillojnë strategji të reja për të pasuruar inovacionet më shpejt", tha studiuesi i Microsoftit Bihlin Nguyen.
Ekipi nga Laboratori i Sistemeve të Informacionit Molekular (MISL) tashmë ka demonstruar se mund të ruajë fotografi të maceve, vepra të shkëlqyera letrare, dhe regjistra arkivorë në ADN dhe të nxjerrë këto skedarë pa gabime. Deri më tani ata kanë arritur të ruajnë 1 gigabajt të dhënash në ADN, duke thyer .
Studuesit gjithashtu kanë zhvilluar metoda për , siç është kërkimi dhe nxjerrja vetëm e imazheve që përmbajnë një mollë ose një biçikletë të gjelbër, duke përdorur vetë molekulat, pa e kthyer skedarin përsëri në formatin dixhital.
«Është e sigurt të thuhet se po vërejmë lindjen e një sistemi kompjuterik të ri, ku molekulat përdoren për ruajtjen e të dhënave dhe elektronika për menaxhimin dhe përpunimin. Kjo kombinim hap mundësi shumë interesante për të ardhmen», tha profesori i shkollës Allen të Universitetit të Washingtonit. .
Ndryshe nga sistemet kompjuterike të bazuara në komponentë silikoni, sistemet e ruajtjes dhe llogaritjes të bazuara në ADN duhet të përdorin lëngje për të transportuar molekulat. Por lëngjet, për natyrën e tyre, ndryshojnë nga elektronet dhe kërkojnë zgjidhje teknike krejtësisht të reja.
Ekipa e Universitetit të Washingtonit në bashkëpunim me Microsoft po zhvillon gjithashtu një sistem të programueshëm, i cili automatizon eksperimentet laboratorike, duke përdorur vetitë e elektricitetit dhe ujit për të lëvizur pika në një rrjet elektrodash. Një gamë e plotë e softuerëve dhe pajisjeve, e njohur si , mund të përziejë, ndajnë, ngrohë ose ftohë lëngje të ndryshme dhe të zbatojë protokollet laboratorike.
Qëllimi është të automatizohen eksperimentet laboratorike, të cilat aktualisht kryhen manualisht ose nga robotë të shtrenjtë që punojnë me lëngjet, dhe të reduktohen shpenzimet.
Hapat e ardhshëm për ekipin MISL përfshijnë integrimin e një sistemi të thjeshtë automatizimi me teknologjitë si Purple Drop, si dhe me teknologji të tjera që lejojnë kërkimin në molekulat e ADN-së. Kërkuesit e kanë projektuar sistemin e tyre automatizuar si modular, për të lejuar zhvillimin e tij ndërsa shfaqen teknologji të reja për sintezën, sekvencimin dhe punën me ADN-në.
«Një nga përfitimet e këtij sistemi është se nëse dëshirojmë të zëvendësojmë një nga pjesët me diçka të re, më të avancuar ose më të shpejtë, mund të thjeshtë lidhemi pjesën e re, - tha Nguyen. - Kjo na jep fleksibilitet më të madh për të ardhmen».
Imazhi i sipërm: studiuesit nga Microsoft dhe Universiteti i Washingtonit regjistruan dhe lexuan fjalën «hello», duke përdorur sistemin e parë të plotë të automatizuar për ruajtjen e të dhënave në ADN. Ky është një hap kyç për transferimin e teknologjisë së re nga laboratorët në qendrat tregtare të përpunimit të të dhënave.
Burimi: habr.com
