Microsoft ve Washington Üniversitesi'nden araştırmacılar, yapay olarak oluşturulan DNA için ilk tam otomatik, okunabilir veri depolama sistemini gösterdiler. Bu, yeni teknolojinin araştırma laboratuvarlarından ticari veri merkezlerine taşınmasına yönelik önemli bir adımdır.
Geliştiriciler bu konsepti basit bir testle kanıtladılar: "Merhaba" kelimesini sentetik bir DNA molekülünün parçalarına başarıyla kodladılar ve bunu tam otomatik bir uçtan uca sistem kullanarak tekrar dijital verilere dönüştürdüler. 21 Mart'ta Nature Scientific Reports'ta yayınlandı.
DNA molekülleri, dijital bilgiyi çok yüksek yoğunluklarda, yani modern veri merkezlerinin işgal ettiğinden çok daha küçük fiziksel alanda depolayabilir. İş kayıtlarından sevimli hayvanların videolarına, tıbbi fotoğraflara ve uzaydan gelen görüntülere kadar dünyanın her gün ürettiği büyük miktarda veriyi depolamak için umut verici çözümlerden biridir.
Microsoft, aralarındaki potansiyel boşluğu doldurmanın yollarını araştırıyor ve biz onları korumak istiyoruz ve bunları koruma yeteneğimiz var. Bu yöntemler, algoritmaların ve moleküler hesaplama teknolojilerinin geliştirilmesini içerir. . Bu, büyük ve modern bir veri merkezinde depolanan tüm bilgilerin, kabaca birkaç zar büyüklüğündeki bir alana sığmasına olanak tanıyacaktır.
“Ana hedefimiz, son kullanıcıya diğer bulut depolama sistemleriyle hemen hemen aynı görünecek bir sistemi başlatmaktır: Bilgiler veri merkezine gönderilir ve orada saklanır ve müşterinin ihtiyacı olduğunda ortaya çıkar. ” diyor Kıdemli Microsoft araştırmacısı Karin Strauss. "Bunu yapabilmek için otomasyon açısından pratik açıdan mantıklı olduğunu kanıtlamamız gerekiyordu."
Bilgi, insan veya diğer canlıların DNA'sında değil, laboratuvarda oluşturulan sentetik DNA moleküllerinde saklanıyor ve sisteme gönderilmeden önce şifrelenebiliyor. Sentezleyiciler ve sıralayıcılar gibi karmaşık makineler zaten sürecin önemli kısımlarını gerçekleştiriyor olsa da, ara adımların çoğu şimdiye kadar bir araştırma laboratuvarında manuel emek gerektiriyordu. USF'deki Paul Allen Bilgisayar Bilimi ve Mühendisliği Okulu'nda kıdemli araştırma görevlisi olan Chris Takahashi, "Ticari kullanıma uygun değil" dedi ().
Takahashi, "İnsanların veri merkezinde pipetlerle dolaşmasına izin veremezsiniz, bu insan hatasına çok yatkındır, çok pahalıdır ve çok fazla yer kaplar" diye açıkladı.
Bu veri depolama yönteminin ticari açıdan anlamlı olabilmesi için, hem anlamlı dizilerin temel yapı taşlarını oluşturan DNA sentezinin hem de depolanan bilgiyi okumak için gereken sıralama sürecinin maliyetlerinin azaltılması gerekiyor. Araştırmacılar yönün bu olduğunu söylüyor .
Otomasyon, Microsoft araştırmacılarına göre veri depolamayı ticari ölçekte ve daha uygun maliyetli hale getiren yapbozun bir diğer önemli parçası.
Belirli koşullar altında DNA, onlarca yılda bozulan modern arşiv depolama sistemlerinden çok daha uzun süre dayanabilir. Bazı DNA'lar, ideal olmayan koşullarda, mamut dişlerinde ve ilk insanların kemiklerinde on binlerce yıl boyunca hayatta kalmayı başardı. Bu da insanlık var olduğu sürece verilerin bu şekilde saklanabileceği anlamına geliyor.
Otomatik DNA depolama sistemi, Microsoft ve Washington Üniversitesi (UW) tarafından geliştirilen yazılımı kullanıyor. Dijital verilerin birlerini ve sıfırlarını, DNA'nın “yapı taşları” olan nükleotid dizilerine (A, T, C ve G) dönüştürür. Sistem daha sonra, gerekli sıvıları ve reaktifleri, üretilen DNA parçalarını toplayan ve bunları bir saklama kabına yerleştiren bir sentezleyiciye sağlamak için ucuz, çoğunlukla kullanıma hazır laboratuvar ekipmanı kullanıyor.
Sistemin bilgi alması gerektiğinde, DNA'yı uygun şekilde hazırlamak için başka kimyasallar eklenir ve sıvıları sistemin DNA moleküllerinin dizilerini okuyan ve bunları bilgisayarın anlayabileceği bilgilere dönüştüren kısımlarına itmek için mikroakışkan pompalar kullanılır. Araştırmacılar, projenin amacının sistemin hızlı veya ucuz çalışabileceğini kanıtlamak değil, sadece otomasyonun mümkün olduğunu göstermek olduğunu söylüyor.
Otomatik bir DNA depolama sisteminin en belirgin faydalarından biri, bilim adamlarına reaktif şişelerini aramakla zaman kaybetmeden veya test tüplerine sıvı damlaları ekleme monotonluğu olmadan karmaşık sorunları çözme özgürlüğü vermesidir.
Microsoft araştırmacısı Bihlin Nguyen, "Tekrarlanan işleri yapmak için otomatikleştirilmiş bir sisteme sahip olmak, laboratuvarların doğrudan araştırmaya odaklanmasına ve daha hızlı yenilik yapmak için yeni stratejiler geliştirmesine olanak tanıyor" dedi.
Moleküler Bilgi Sistemleri Laboratuvarı Ekibi (MISL) kedilerin fotoğraflarını, harika edebiyat eserlerini saklayabildiğini zaten gösterdi. DNA kayıtlarını arşivledi ve bu dosyaları hatasız olarak çıkardı. Bugüne kadar DNA'da 1 gigabaytlık veri depolayabildiler. .
Araştırmacılar bunun için de yöntemler geliştirdiler. dosyaları tekrar dijital formata dönüştürmeden, moleküllerin kendisini kullanarak yalnızca elma veya yeşil bisiklet içeren görüntüleri bulmak ve almak gibi.
"Moleküllerin veri depolama için, elektroniğin ise kontrol ve işleme için kullanıldığı yeni bir tür bilgisayar sisteminin doğuşuna tanık olduğumuzu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bu kombinasyon gelecek için çok ilginç olasılıkların önünü açıyor," dedi Washington Üniversitesi Allen Okulu profesörü. .
Silikon bazlı bilgi işlem sistemlerinin aksine, DNA tabanlı depolama ve bilgi işlem sistemleri, molekülleri hareket ettirmek için sıvıları kullanmak zorundadır. Ancak sıvılar doğası gereği elektronlardan farklıdır ve tamamen yeni teknik çözümler gerektirir.
Washington Üniversitesi ekibi, Microsoft ile işbirliği içinde, damlacıkları bir elektrot ızgarası üzerinde hareket ettirmek için elektrik ve suyun özelliklerini kullanarak laboratuvar deneylerini otomatikleştiren programlanabilir bir sistem de geliştiriyor. Tam bir yazılım ve donanım seti adı verilen çeşitli sıvıları karıştırabilir, ayırabilir, ısıtabilir veya soğutabilir ve laboratuvar protokollerini gerçekleştirebilir.
Amaç, şu anda manuel olarak veya pahalı sıvı taşıma robotları tarafından gerçekleştirilen laboratuvar deneylerini otomatikleştirmek ve maliyetleri azaltmaktır.
MISL ekibinin sonraki adımları arasında basit, uçtan uca otomatik bir sistemin Purple Drop gibi teknolojilerin yanı sıra DNA moleküllerinin aranmasını sağlayan diğer teknolojilerle entegre edilmesi yer alıyor. Araştırmacılar otomatik sistemlerini kasıtlı olarak modüler hale getirdiler, böylece DNA sentezi, dizilimi ve manipülasyonu için yeni teknolojiler ortaya çıktıkça gelişebilecekti.
Nguyen, "Bu sistemin faydalarından biri, parçalardan birini yeni, daha iyi veya daha hızlı bir şeyle değiştirmek istediğimizde yeni parçayı takabilmemizdir" dedi. "Bu bize gelecek için daha fazla esneklik sağlıyor."
En iyi resim: Microsoft ve Washington Üniversitesi'nden araştırmacılar "" kelimesini kaydetti ve saydımerhaba", ilk tam otomatik DNA veri depolama sistemini kullanıyor. Bu, yeni teknolojinin laboratuvarlardan ticari veri merkezlerine taşınmasında önemli bir adımdır.
Kaynak: habr.com