นักวิจัยจาก Microsoft และมหาวิทยาลัย Washington ได้สาธิตระบบจัดเก็บข้อมูลอัตโนมัติเต็มรูปแบบระบบแรกที่สามารถอ่านได้สำหรับ DNA ที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์ นี่เป็นก้าวสำคัญในการเคลื่อนย้ายเทคโนโลยีใหม่จากห้องปฏิบัติการวิจัยไปยังศูนย์ข้อมูลเชิงพาณิชย์
นักพัฒนาได้พิสูจน์แนวคิดนี้ด้วยการทดสอบง่ายๆ: พวกเขาประสบความสำเร็จในการเข้ารหัสคำว่า "สวัสดี" ให้เป็นชิ้นส่วนของโมเลกุล DNA สังเคราะห์ และแปลงกลับเป็นข้อมูลดิจิทัลโดยใช้ระบบอัตโนมัติตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทาง ซึ่งอธิบายไว้ใน เผยแพร่เมื่อวันที่ 21 มีนาคมใน รายงานทางวิทยาศาสตร์ของธรรมชาติ
โมเลกุลดีเอ็นเอสามารถจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลได้ที่ความหนาแน่นสูงมาก กล่าวคือ ในพื้นที่ทางกายภาพซึ่งมีขนาดเล็กกว่าศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่จำนวนมาก เป็นหนึ่งในโซลูชันที่น่าหวังสำหรับการจัดเก็บข้อมูลจำนวนมหาศาลที่โลกสร้างขึ้นทุกวัน ตั้งแต่บันทึกทางธุรกิจและวิดีโอเกี่ยวกับสัตว์น่ารักไปจนถึงภาพถ่ายทางการแพทย์และรูปภาพจากอวกาศ
Microsoft กำลังสำรวจวิธีลดช่องว่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกัน และเราต้องการอนุรักษ์และความสามารถของเราในการอนุรักษ์พวกมัน วิธีการเหล่านี้รวมถึงการพัฒนาอัลกอริธึมและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ระดับโมเลกุลสำหรับ . สิ่งนี้จะช่วยให้ข้อมูลทั้งหมดที่จัดเก็บไว้ในศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่ขนาดใหญ่สามารถบรรจุลงในพื้นที่ที่มีขนาดประมาณลูกเต๋าหลายลูกได้
“เป้าหมายหลักของเราคือการวางระบบที่ใช้งานจริงสำหรับผู้ใช้ปลายทาง มีลักษณะเกือบจะเหมือนกับระบบจัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์อื่นๆ: ข้อมูลจะถูกส่งไปยังศูนย์ข้อมูลและเก็บไว้ที่นั่น จากนั้นจะปรากฏขึ้นเมื่อลูกค้าต้องการ ” Karin Strauss นักวิจัยอาวุโสของ Microsoft กล่าว “ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องพิสูจน์ว่ามันสมเหตุสมผลในทางปฏิบัติจากมุมมองของระบบอัตโนมัติ”
ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในโมเลกุล DNA สังเคราะห์ที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ แทนที่จะเก็บไว้ใน DNA ของมนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ และสามารถเข้ารหัสได้ก่อนที่จะถูกส่งไปยังระบบ แม้ว่าเครื่องจักรที่ซับซ้อน เช่น ซินธิไซเซอร์และซีเควนเซอร์จะดำเนินการส่วนสำคัญของกระบวนการอยู่แล้ว แต่ขั้นตอนขั้นกลางหลายขั้นตอนจนถึงขณะนี้ต้องใช้แรงงานคนในห้องปฏิบัติการวิจัย “มันไม่เหมาะสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์” Chris Takahashi นักวิจัยอาวุโสของ Paul Allen School of Computer Science and Engineering ที่ USF กล่าว ().
“คุณไม่สามารถให้ผู้คนวิ่งไปรอบๆ ศูนย์ข้อมูลพร้อมกับปิเปตได้ มันมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดจากมนุษย์มากเกินไป มีราคาแพงเกินไป และใช้พื้นที่มากเกินไป” ทาคาฮาชิอธิบาย
เพื่อให้วิธีการจัดเก็บข้อมูลนี้สมเหตุสมผลในเชิงพาณิชย์ จะต้องลดต้นทุนของการสังเคราะห์ DNA ทั้งการสร้างองค์ประกอบพื้นฐานของลำดับที่มีความหมาย และกระบวนการจัดลำดับที่จำเป็นในการอ่านข้อมูลที่เก็บไว้จะต้องลดลง นักวิจัยกล่าวว่านี่คือทิศทาง .
ระบบอัตโนมัติเป็นอีกชิ้นส่วนสำคัญของปริศนา ทำให้การจัดเก็บข้อมูลในเชิงพาณิชย์และราคาไม่แพงมาก ตามที่นักวิจัยของ Microsoft
ภายใต้เงื่อนไขบางประการ DNA สามารถคงอยู่ได้นานกว่าระบบจัดเก็บข้อมูลสมัยใหม่ซึ่งเสื่อมโทรมลงเป็นเวลาหลายทศวรรษ DNA บางตัวสามารถอยู่รอดได้ในสภาวะที่ไม่เหมาะเป็นเวลาหลายหมื่นปี ในงาแมมมอธและในกระดูกของมนุษย์ยุคแรก ซึ่งหมายความว่าสามารถจัดเก็บข้อมูลในลักษณะนี้ได้ตราบใดที่มนุษยชาติยังมีอยู่
ระบบจัดเก็บ DNA อัตโนมัติใช้ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาโดย Microsoft และมหาวิทยาลัย Washington (UW) โดยจะแปลงค่าหนึ่งและศูนย์ของข้อมูลดิจิทัลให้เป็นลำดับของนิวคลีโอไทด์ (A, T, C และ G) ซึ่งเป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" ของ DNA จากนั้นระบบจะใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการราคาไม่แพงซึ่งส่วนใหญ่มีจำหน่ายทั่วไปในห้องปฏิบัติการเพื่อจัดหาของเหลวและรีเอเจนต์ที่จำเป็นให้กับเครื่องสังเคราะห์ ซึ่งจะรวบรวมชิ้นส่วน DNA ที่ประดิษฐ์ขึ้นและนำไปใส่ในภาชนะจัดเก็บ
เมื่อระบบจำเป็นต้องดึงข้อมูล ระบบจะเติมสารเคมีอื่นๆ เพื่อเตรียม DNA อย่างเหมาะสม และใช้ปั๊มไมโครฟลูอิดิกเพื่อดันของเหลวเข้าไปในส่วนต่างๆ ของระบบที่อ่านลำดับของโมเลกุล DNA และแปลงกลับเป็นข้อมูลที่คอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจได้ นักวิจัยกล่าวว่าเป้าหมายของโครงการไม่ใช่เพื่อพิสูจน์ว่าระบบสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็วหรือราคาถูก แต่เพียงเพื่อแสดงให้เห็นว่าระบบอัตโนมัตินั้นเป็นไปได้
ประโยชน์ที่ชัดเจนที่สุดประการหนึ่งของระบบจัดเก็บ DNA อัตโนมัติคือ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนได้โดยไม่ต้องเสียเวลาค้นหาขวดรีเอเจนต์หรือไม่ต้องจำเจในการเติมของเหลวหยดลงในหลอดทดลอง
“การมีระบบอัตโนมัติในการทำงานซ้ำๆ ช่วยให้ห้องปฏิบัติการสามารถมุ่งเน้นไปที่การวิจัยโดยตรง และพัฒนากลยุทธ์ใหม่ๆ เพื่อสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ ได้เร็วขึ้น” Bihlin Nguyen นักวิจัยของ Microsoft กล่าว
ทีมงานจากห้องปฏิบัติการระบบสารสนเทศระดับโมเลกุล (MISL) ได้แสดงให้เห็นแล้วว่าสามารถจัดเก็บภาพถ่ายของแมว, งานวรรณกรรมที่ยอดเยี่ยม, และเก็บถาวรบันทึก DNA และแยกไฟล์เหล่านี้โดยไม่มีข้อผิดพลาด จนถึงวันนี้ พวกเขาสามารถจัดเก็บข้อมูลได้ 1 กิกะไบต์ใน DNA เลยทีเดียว .
นักวิจัยยังได้พัฒนาวิธีการสำหรับ เช่นการค้นหาและเรียกค้นเฉพาะภาพที่มีแอปเปิ้ลหรือจักรยานสีเขียวโดยใช้โมเลกุลนั้นเอง โดยไม่ต้องแปลงไฟล์กลับเป็นรูปแบบดิจิทัล
“พูดได้อย่างปลอดภัยว่าเรากำลังเห็นการกำเนิดของระบบคอมพิวเตอร์รูปแบบใหม่ ซึ่งโมเลกุลถูกใช้เพื่อจัดเก็บข้อมูล และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการควบคุมและประมวลผล การรวมกันนี้เปิดโอกาสที่น่าสนใจมากสำหรับอนาคต” ศาสตราจารย์ Allen School แห่งมหาวิทยาลัย Washington กล่าว .
ต่างจากระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซิลิคอน ระบบจัดเก็บข้อมูลและคอมพิวเตอร์บน DNA ต้องใช้ของเหลวเพื่อเคลื่อนย้ายโมเลกุล แต่ของเหลวมีลักษณะแตกต่างจากอิเล็กตรอน และต้องใช้วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคใหม่ทั้งหมด
ทีมงานมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ร่วมมือกับไมโครซอฟต์ กำลังพัฒนาระบบที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งทำให้การทดลองในห้องปฏิบัติการเป็นไปโดยอัตโนมัติ โดยใช้คุณสมบัติของไฟฟ้าและน้ำเพื่อเคลื่อนย้ายหยดบนตารางของอิเล็กโทรด ชุดซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่สมบูรณ์เรียกว่า สามารถผสม แยก ให้ความร้อน หรือทำให้ของเหลวต่างๆ เย็นลง และปฏิบัติตามระเบียบปฏิบัติของห้องปฏิบัติการ
เป้าหมายคือทำให้การทดลองในห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการด้วยตนเองหรือโดยหุ่นยนต์จัดการของเหลวราคาแพงเป็นอัตโนมัติ และลดต้นทุน
ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีม MISL คือการบูรณาการระบบอัตโนมัติแบบ end-to-end ที่เรียบง่ายเข้ากับเทคโนโลยี เช่น Purple Drop รวมถึงเทคโนโลยีอื่นๆ ที่ช่วยให้สามารถค้นหาโมเลกุล DNA ได้ นักวิจัยจงใจสร้างระบบอัตโนมัติแบบแยกส่วนเพื่อให้สามารถพัฒนาได้เมื่อมีเทคโนโลยีใหม่สำหรับการสังเคราะห์ DNA การหาลำดับ และการจัดการ
“ข้อดีอย่างหนึ่งของระบบนี้คือ หากเราต้องการเปลี่ยนชิ้นส่วนหนึ่งด้วยสิ่งใหม่ ดีขึ้นหรือเร็วขึ้น เราก็สามารถเสียบชิ้นส่วนใหม่ได้” เหงียนกล่าว “สิ่งนี้ทำให้เรามีความยืดหยุ่นมากขึ้นสำหรับอนาคต”
ภาพบน: นักวิจัยจาก Microsoft และ University of Washington บันทึกและนับคำว่า "สวัสดี"โดยใช้ระบบจัดเก็บข้อมูล DNA อัตโนมัติเต็มรูปแบบระบบแรก นี่เป็นขั้นตอนสำคัญในการเคลื่อนย้ายเทคโนโลยีใหม่จากห้องปฏิบัติการไปยังศูนย์ข้อมูลเชิงพาณิชย์
ที่มา: will.com