Studiuesit nga Microsoft dhe Universiteti i Uashingtonit kanë demonstruar sistemin e parë plotësisht të automatizuar dhe të lexueshëm të ruajtjes së të dhënave për ADN-në e krijuar artificialisht. Ky është një hap kyç drejt lëvizjes së teknologjisë së re nga laboratorët e kërkimit në qendrat komerciale të të dhënave.
Zhvilluesit e vërtetuan konceptin me një test të thjeshtë: ata e koduan me sukses fjalën "përshëndetje" në fragmente të një molekule sintetike të ADN-së dhe e kthyen atë në të dhëna dixhitale duke përdorur një sistem plotësisht të automatizuar nga fundi në fund, i cili përshkruhet në , botuar më 21 mars në Nature Scientific Reports.
Molekulat e ADN-së mund të ruajnë informacionin dixhital me densitet shumë të lartë, domethënë në hapësirën fizike që është shumë herë më e vogël se ajo e zënë nga qendrat moderne të të dhënave. Është një nga zgjidhjet premtuese për ruajtjen e sasisë së madhe të të dhënave që bota gjeneron çdo ditë, nga regjistrimet e biznesit dhe videot e kafshëve të lezetshme deri te fotografitë mjekësore dhe imazhet nga hapësira.
Microsoft po eksploron mënyra për të kapërcyer hendekun e mundshëm ndërmjet dhe ne duam t'i ruajmë, dhe aftësinë tonë për t'i ruajtur ato. Këto metoda përfshijnë zhvillimin e algoritmeve dhe teknologjive të llogaritjes molekulare për . Kjo do të lejonte që të gjitha informacionet e ruajtura në një qendër të madhe moderne të të dhënave të futeshin në një hapësirë afërsisht të madhësisë së disa zareve.
“Qëllimi ynë kryesor është të lançojmë një sistem që, për përdoruesin përfundimtar, do të duket pothuajse i njëjtë si çdo sistem tjetër i ruajtjes së cloud: informacioni dërgohet në qendrën e të dhënave dhe ruhet atje, dhe më pas shfaqet thjesht kur klienti ka nevojë për të. “, thotë studiuesja e Microsoft-it, Karin Strauss. "Për ta bërë këtë, na duhej të vërtetonim se kishte kuptim praktik nga një këndvështrim automatizimi."
Informacioni ruhet në molekulat sintetike të ADN-së të krijuara në laborator, në vend të ADN-së së njerëzve apo gjallesave të tjera, dhe mund të kodohet përpara se të dërgohet në sistem. Megjithëse makinat komplekse si sintetizuesit dhe sekuencat kryejnë tashmë pjesë kyçe të procesit, shumë nga hapat e ndërmjetëm deri më tani kanë kërkuar punë manuale në një laborator kërkimor. "Nuk është i përshtatshëm për përdorim komercial," tha Chris Takahashi, një studiues i lartë në Shkollën e Shkencave Kompjuterike dhe Inxhinierisë Paul Allen në USF.).
"Nuk mund të kesh njerëz që vrapojnë rreth qendrës së të dhënave me pipeta, është shumë e prirur ndaj gabimeve njerëzore, është shumë e shtrenjtë dhe merr shumë hapësirë," shpjegoi Takahashi.
Që kjo metodë e ruajtjes së të dhënave të ketë kuptim komercialisht, kostot e sintezës së ADN-së - krijimi i blloqeve themelore të ndërtimit të sekuencave kuptimplote - dhe procesi i sekuencës që nevojitet për të lexuar informacionin e ruajtur duhet të reduktohen. Studiuesit thonë se ky është drejtimi .
Automatizimi është një tjetër pjesë kyçe e enigmës, duke e bërë ruajtjen e të dhënave në një shkallë komerciale dhe më të përballueshme, sipas studiuesve të Microsoft.
Në kushte të caktuara, ADN-ja mund të zgjasë shumë më gjatë se sistemet moderne të ruajtjes së arkivave, të cilat degradojnë me dekada. Një pjesë e ADN-së ka arritur të mbijetojë në kushte më pak se ideale për dhjetëra mijëra vjet - në tufa mamuthi dhe në kockat e njerëzve të hershëm. Kjo do të thotë që të dhënat mund të ruhen në këtë mënyrë për sa kohë ekziston njerëzimi.
Sistemi i automatizuar i ruajtjes së ADN-së përdor softuerin e zhvilluar nga Microsoft dhe Universiteti i Uashingtonit (UW). Ai konverton njësitë dhe zerot e të dhënave dixhitale në sekuenca të nukleotideve (A, T, C dhe G), të cilat janë "blloqet ndërtuese" të ADN-së. Sistemi më pas përdor pajisje laboratorike të lira, kryesisht jashtë raftit, për të furnizuar lëngjet dhe reagentët e nevojshëm në një sintetizues, i cili mbledh fragmentet e fabrikuara të ADN-së dhe i vendos ato në një enë magazinimi.
Kur sistemi duhet të nxjerrë informacione, ai shton kimikate të tjera për të përgatitur siç duhet ADN-në dhe përdor pompa mikrofluidike për të shtyrë lëngjet në pjesë të sistemit që lexojnë sekuencat e molekulave të ADN-së dhe i kthejnë ato përsëri në informacion që një kompjuter mund ta kuptojë. Studiuesit thonë se qëllimi i projektit nuk ishte të provonte se sistemi mund të funksiononte shpejt ose me çmim të ulët, por thjesht të tregonte se automatizimi ishte i mundur.
Një nga përfitimet më të dukshme të një sistemi të automatizuar të ruajtjes së ADN-së është se i liron shkencëtarët të zgjidhin probleme komplekse pa humbur kohë duke kërkuar shishe me reagentë ose monotoninë e shtimit të pikave të lëngut në epruveta.
"Pasja e një sistemi të automatizuar për të bërë punë të përsëritura i lejon laboratorët të fokusohen drejtpërdrejt në kërkime dhe të zhvillojnë strategji të reja për të inovuar më shpejt," tha studiuesi i Microsoft, Bihlin Nguyen.
Ekipi nga Laboratori i Sistemeve të Informacionit Molekular (MISL) tashmë ka demonstruar se mund të ruajë fotografi të maceve, vepra të mrekullueshme letrare, dhe arkivoi regjistrimet e ADN-së dhe nxjerr këto skedarë pa gabime. Deri më sot, ata kanë mundur të ruajnë 1 gigabajt të dhëna në ADN, duke rrahur .
Studiuesit kanë zhvilluar gjithashtu metoda për të tilla si gjetja dhe marrja e vetëm imazheve që përmbajnë një mollë ose një biçikletë jeshile duke përdorur vetë molekulat, pa i kthyer skedarët përsëri në format dixhital.
“Mund të thuhet me siguri se jemi dëshmitarë të lindjes së një lloji të ri të sistemit kompjuterik, në të cilin molekulat përdoren për ruajtjen e të dhënave dhe elektronika për kontroll dhe përpunim. Ky kombinim hap mundësi shumë interesante për të ardhmen”, tha profesori i shkollës Allen në Universitetin e Uashingtonit. .
Ndryshe nga sistemet llogaritëse të bazuara në silikon, sistemet e ruajtjes dhe llogaritjes së bazuar në ADN duhet të përdorin lëngje për të lëvizur molekulat. Por lëngjet janë të ndryshme në natyrë nga elektronet dhe kërkojnë zgjidhje teknike krejtësisht të reja.
Ekipi i Universitetit të Uashingtonit, në bashkëpunim me Microsoft, po zhvillon gjithashtu një sistem të programueshëm që automatizon eksperimentet laboratorike duke përdorur vetitë e energjisë elektrike dhe ujit për të lëvizur pikat në një rrjet elektrodash. Një grup i plotë softueri dhe hardueri i quajtur , mund të përziejë, veçojë, ngrohë ose ftojë lëngje të ndryshme dhe të kryejë protokolle laboratorike.
Qëllimi është të automatizohen eksperimentet laboratorike që aktualisht kryhen me dorë ose nga robotë të shtrenjtë që trajtojnë lëngjet dhe të zvogëlohen kostot.
Hapat e ardhshëm për ekipin MISL përfshijnë integrimin e një sistemi të thjeshtë, të automatizuar nga fundi në fund me teknologji të tilla si Purple Drop, si dhe teknologji të tjera që mundësojnë kërkimin e molekulave të ADN-së. Studiuesit e bënë me qëllim sistemin e tyre të automatizuar modular, në mënyrë që të mund të evoluojë ndërsa u shfaqën teknologji të reja për sintezën, renditjen dhe manipulimin e ADN-së.
"Një nga avantazhet e këtij sistemi është se nëse duam të zëvendësojmë një nga pjesët me diçka të re, më të mirë ose më të shpejtë, ne thjesht mund të lidhim pjesën e re," tha Nguyen. "Kjo na jep më shumë fleksibilitet për të ardhmen."
Top image: Studiuesit nga Microsoft dhe Universiteti i Uashingtonit regjistruan dhe numëruan fjalën "përshëndetje", duke përdorur sistemin e parë plotësisht të automatizuar të ruajtjes së të dhënave të ADN-së. Ky është një hap kyç në lëvizjen e teknologjisë së re nga laboratorët në qendrat komerciale të të dhënave.
Burimi: www.habr.com