Ipinakita ng mga mananaliksik mula sa Microsoft at University of Washington ang unang ganap na awtomatiko, nababasang sistema ng pag-iimbak ng data para sa artipisyal na nilikhang DNA. Ito ay isang mahalagang hakbang patungo sa paglipat ng bagong teknolohiya mula sa mga laboratoryo ng pananaliksik patungo sa mga komersyal na sentro ng data.
Pinatunayan ng mga developer ang konsepto sa isang simpleng pagsubok: matagumpay nilang na-encode ang salitang "hello" sa mga fragment ng isang sintetikong molekula ng DNA at na-convert ito pabalik sa digital data gamit ang isang ganap na automated na end-to-end system, na inilalarawan sa , na inilathala noong Marso 21 sa Nature Scientific Reports.
Ang mga molekula ng DNA ay maaaring mag-imbak ng digital na impormasyon sa napakataas na densidad, iyon ay, sa pisikal na espasyo na maraming mga order ng magnitude na mas maliit kaysa sa inookupahan ng mga modernong data center. Isa ito sa mga promising na solusyon para sa pag-iimbak ng napakaraming data na nabubuo ng mundo araw-araw, mula sa mga talaan ng negosyo at mga video ng mga cute na hayop hanggang sa mga medikal na litrato at larawan mula sa kalawakan.
Ang Microsoft ay nag-e-explore ng mga paraan upang tulay ang potensyal na agwat sa pagitan at gusto naming pangalagaan, at ang aming kakayahang pangalagaan ang mga ito. Kasama sa mga pamamaraang ito ang pagbuo ng mga algorithm at mga teknolohiya sa molecular computing para sa . Papayagan nito ang lahat ng impormasyong nakaimbak sa isang malaking modernong data center na magkasya sa isang espasyo na halos kasing laki ng ilang dice.
"Ang aming pangunahing layunin ay maglunsad ng isang system na, sa end user, ay halos kapareho ng hitsura ng anumang iba pang cloud storage system: ang impormasyon ay ipinapadala sa data center at iniimbak doon, at pagkatapos ay lilitaw lamang ito kapag kailangan ito ng kliyente, β sabi ni Sr. Microsoft researcher na si Karin Strauss. "Upang gawin ito, kailangan naming patunayan na ito ay may praktikal na kahulugan mula sa isang perspektibo ng automation."
Ang impormasyon ay naka-imbak sa mga sintetikong molekula ng DNA na nilikha sa isang laboratoryo, sa halip na sa DNA ng mga tao o iba pang nabubuhay na bagay, at maaaring i-encrypt bago ipadala sa system. Bagama't ang mga kumplikadong makina tulad ng mga synthesizer at sequencer ay gumaganap na ng mga pangunahing bahagi ng proseso, marami sa mga intermediate na hakbang ay hanggang ngayon ay nangangailangan ng manu-manong paggawa sa isang laboratoryo ng pananaliksik. "Hindi ito angkop para sa komersyal na paggamit," sabi ni Chris Takahashi, isang senior research fellow sa Paul Allen School of Computer Science and Engineering sa USF ().
"Hindi mo maaaring magkaroon ng mga tao na tumatakbo sa paligid ng data center na may mga pipette, ito ay masyadong madaling kapitan ng pagkakamali ng tao, ito ay masyadong mahal at ito ay tumatagal ng masyadong maraming espasyo," paliwanag ni Takahashi.
Para magkaroon ng kahulugan ang paraan ng pag-iimbak ng data na ito sa komersyo, ang mga gastos sa parehong DNA synthesisβpaglikha ng mga pangunahing bloke ng pagbuo ng mga makabuluhang pagkakasunud-sunodβat ang proseso ng pagkakasunud-sunod na kailangan upang mabasa ang nakaimbak na impormasyon ay dapat bawasan. Sinasabi ng mga mananaliksik na ito ang direksyon .
Ang automation ay isa pang mahalagang piraso ng palaisipan, na ginagawang imbakan ng data sa isang komersyal na sukat at mas abot-kaya, ayon sa mga mananaliksik ng Microsoft.
Sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon, ang DNA ay maaaring tumagal nang mas matagal kaysa sa modernong archival storage system, na bumababa sa paglipas ng mga dekada. Ang ilang DNA ay nakaligtas sa hindi gaanong perpektong kondisyon sa loob ng sampu-sampung libong taonβsa mammoth tusks at sa mga buto ng mga unang tao. Nangangahulugan ito na ang data ay maaaring maimbak sa ganitong paraan hangga't umiiral ang sangkatauhan.
Ang automated DNA storage system ay gumagamit ng software na binuo ng Microsoft at ng University of Washington (UW). Kino-convert nito ang mga isa at zero ng digital data sa mga sequence ng nucleotides (A, T, C at G), na siyang "building blocks" ng DNA. Ang system pagkatapos ay gumagamit ng mura, karamihan ay wala sa istante, mga kagamitan sa laboratoryo upang matustusan ang mga kinakailangang likido at reagents sa isang synthesizer, na kumukolekta ng mga gawa-gawang fragment ng DNA at inilalagay ang mga ito sa isang lalagyan ng imbakan.
Kapag kailangan ng system na kumuha ng impormasyon, nagdaragdag ito ng iba pang mga kemikal upang maayos na maihanda ang DNA at gumagamit ng mga microfluidic pump upang itulak ang mga likido sa mga bahagi ng system na nagbabasa ng mga pagkakasunud-sunod ng mga molekula ng DNA at i-convert ang mga ito pabalik sa impormasyon na mauunawaan ng isang computer. Sinasabi ng mga mananaliksik na ang layunin ng proyekto ay hindi upang patunayan na ang sistema ay maaaring gumana nang mabilis o mura, ngunit para lamang ipakita na ang automation ay posible.
Isa sa mga pinaka-halatang benepisyo ng isang automated na sistema ng pag-iimbak ng DNA ay ang pagpapalaya nito sa mga siyentipiko na lutasin ang mga kumplikadong problema nang hindi nag-aaksaya ng oras sa paghahanap ng mga bote ng reagents o ang monotony ng pagdaragdag ng mga patak ng likido sa mga test tube.
"Ang pagkakaroon ng isang automated system na gumawa ng paulit-ulit na trabaho ay nagbibigay-daan sa mga lab na tumutok nang direkta sa pananaliksik at bumuo ng mga bagong diskarte upang magbago nang mas mabilis," sabi ng Microsoft researcher na si Bihlin Nguyen.
Koponan mula sa Laboratory of Molecular Information Systems (MISL) ay naipakita na na maaari itong mag-imbak ng mga larawan ng mga pusa, kahanga-hangang mga gawa ng panitikan, at naka-archive ng mga talaan ng DNA at kunin ang mga file na ito nang walang mga error. Sa ngayon, nakapag-imbak sila ng 1 gigabyte ng data sa DNA, na matalo .
Nakabuo din ang mga mananaliksik ng mga pamamaraan para sa tulad ng paghahanap at pagkuha lamang ng mga larawang naglalaman ng mansanas o berdeng bisikleta gamit ang mga molekula mismo, nang hindi ibinabalik ang mga file sa digital na format.
"Ligtas na sabihin na nasasaksihan natin ang pagsilang ng isang bagong uri ng computer system, kung saan ang mga molekula ay ginagamit para sa pag-iimbak ng data at electronics para sa kontrol at pagproseso. Ang kumbinasyong ito ay nagbubukas ng napakakagiliw-giliw na mga posibilidad para sa hinaharap, "sabi ng propesor ng Allen School sa Unibersidad ng Washington. .
Hindi tulad ng mga sistema ng pag-compute na nakabatay sa silicon, ang mga sistema ng pag-iimbak at pag-compute na nakabatay sa DNA ay dapat gumamit ng mga likido upang ilipat ang mga molekula. Ngunit ang mga likido ay naiiba sa likas na katangian mula sa mga electron at nangangailangan ng ganap na bagong mga teknikal na solusyon.
Ang koponan ng University of Washington, sa pakikipagtulungan sa Microsoft, ay gumagawa din ng isang programmable system na nag-o-automate ng mga eksperimento sa laboratoryo sa pamamagitan ng paggamit ng mga katangian ng kuryente at tubig upang ilipat ang mga droplet sa isang grid ng mga electrodes. Isang kumpletong hanay ng software at hardware na tinatawag na , maaaring maghalo, maghiwalay, magpainit o magpalamig ng iba't ibang likido at magsagawa ng mga protocol sa laboratoryo.
Ang layunin ay i-automate ang mga eksperimento sa laboratoryo na kasalukuyang ginagawa nang manu-mano o ng mga mamahaling robot na humahawak ng likido at bawasan ang mga gastos.
Kasama sa mga susunod na hakbang para sa MISL team ang pagsasama ng isang simple, end-to-end na automated system na may mga teknolohiya tulad ng Purple Drop, pati na rin ang iba pang mga teknolohiya na nagbibigay-daan sa paghahanap ng mga molekula ng DNA. Ang mga mananaliksik ay sadyang ginawa ang kanilang automated system na modular upang ito ay umunlad habang ang mga bagong teknolohiya para sa DNA synthesis, sequencing at pagmamanipula ay lumitaw.
"Isa sa mga benepisyo ng sistemang ito ay kung gusto nating palitan ang isa sa mga bahagi ng isang bagay na bago, mas mahusay o mas mabilis, maaari lamang nating isaksak ang bagong bahagi," sabi ni Nguyen. "Nagbibigay ito sa amin ng higit na kakayahang umangkop para sa hinaharap."
Nangungunang larawan: Itinala at binilang ng mga mananaliksik mula sa Microsoft at University of Washington ang salitang "hoy", gamit ang unang ganap na automated na DNA data storage system. Ito ay isang mahalagang hakbang sa paglipat ng bagong teknolohiya mula sa mga laboratoryo patungo sa mga komersyal na sentro ng data.
Pinagmulan: www.habr.com