Datavetoisessa maailmassa voit rakentaa keskuksia, joissa voit tallentaa edullisesti, nopeasti ja tehokkaasti
DNA:n säilytysjärjestelmäkuulostaa tieteiskirjalliselta. Mutta tällaisia ratkaisuja on jo toteutettu. Totta, toistaiseksi lähinnä tutkimustarkoituksiin ja arkistotietojen tallentamiseen, joita ei tarvitse usein käyttää. DNA:n kanssa työskentelyn keskeisin rajoitus on vaikeus päästä nopeaan rinnakkaiseen pääsyyn useisiin tiedostoihin ja luku- ja kirjoitusvirheet.
Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittynytteknologiaa, joka voi poistaa olemassa olevat puutteet. Yksi Nature-lehdessä julkaistun tutkimuksen tekijöistä uskoo, että ehdotetun ratkaisun avulla 5-10 vuoden sisällä täysimittaiset DNA-pohjaiset datakeskukset toteutuvat.
DNA tiedontallennusjärjestelmänä
Ajatus DNA-säikeiden käyttämisestä tietojen tallentamiseenkeskusteltu vuosikymmeniä. Vuonna 1988 Harvardin tutkijat ja taiteilija Joe Davis koodasivat 5 x 7 pikselin kuvan muinaisesta germaanisesta riimusta (yhteensä 35 bittiä tietoa) E. coli -bakteerin sisältämään DNA:han. Mutta tämä esimerkki oli vain osoitus tulevaisuuden mahdollisuuksista: tekniikka oli liian kallista ja monimutkaista.
Teknisesti tietojen tallentaminen DNA:han on tullut mahdolliseksi,kun vuonna 2011 Harvardin tutkijat kehittivät teknologian kontrolloitua DNA-synteesiä varten. Tämän alueen lisätutkimukset ovat vähentäneet huomattavasti kustannuksia ja lisänneet halutut DNA-sekvenssit sisältävän synteettisen DNA:n luomisen nopeutta.
Tietojen tallentamiseksi DNA: han tavallisten 0: n ja 1: n sijasta, joita käytetään tietojen koodaamiseen, voidaan käyttää emäsparit "adeniini-tymiini" ja "sytosiini-guaniini".Laboratoriossa emäkset liitetään tietyssä järjestyksessä synteettisten DNA-säikeiden muodostamiseksi.
DNA:n edut
Tietojen tallentamisella DNA:han on monia etuja.Esimerkiksi DNA-tiedosto ei vie paljon tilaa: molekyylin suuresta tiheydestä johtuen jokainen nukleotidi, joka vastaa kahta bittiä, on noin 1 nm³. Ja eksatavu DNA:na tallennettua dataa (1 000 000 Tt) mahtuu kämmenelle. DNA on myös erittäin vakaa – säilyneen geneettisen koodin löytäminen muinaisten mikro-organismien ja eläinten fossiileista on tästä hyvä esimerkki. Ja lisäksi tämä tekniikka ei vaadi merkittäviä energiakustannuksia.
Ongelmana on, että jos kysymyksiäKoska olemassa olevat ratkaisut toimivat riittävän hyvin tiedon kirjoittamiseen (vaikka ne ovat edelleen suhteellisen kalliita), lukemisen kanssa alkaa syntyä ongelmia. Tällä hetkellä lukemiseen käytetty PCR-hajasaantimenetelmä on altis suurelle määrälle virheitä. Järjestelmät voivat lukea vain yhtä tiedostoa kerrallaan, ja tietojen laatu heikkenee vakavasti jokaisen lukukerran yhteydessä.
Процесс чтения устроен следующим образом:Jokainen DNA:n datatiedosto sisältää sekvenssin, joka sitoutuu tiettyyn alukkeeseen. Polymeraasiketjureaktion (PCR) avulla tutkijat aloittavat prosessin, jossa syntetisoidaan miljoonia kopioita halutusta fragmentista.
Sama periaate toimii esim.koronaviruksen testaus: tietyn synteettisen alukkeen vaikutuksesta alkaa ketjureaktio ja pienikin määrä viruksen DNA:ta tulee havaittavissa. Ongelmana on, että useiden erillisten tiedostojen lukeminen vaatii useiden alukkeiden toimimista samanaikaisesti, mikä johtaa moniin virheisiin kopiointiprosessissa ja alkuperäisen DNA:n tuhoutumiseen.
Skaalautuva tekniikka
Kansainvälinen tutkijaryhmä ehdottaamenetelmä, jonka he uskovat voittavan nämä rajoitukset, on lämpökiinnitetty PCR. Tutkijat ovat luoneet proteiinien ja polymeerien mikrokapseleita, jotka toimivat erillisinä DNA-tiedostoina. Jokainen tällainen kapseli on liitetty yhteen datatiedostoon. Lisäksi ne on suunniteltu siten, että kun useita mikrokapseleita kuumennetaan yli 50 °C:n lämpötiloihin, jokainen näistä kapseleista suljetaan.
Tämä mahdollistaa PCR-prosessin lukemisenesiintyvät itsenäisesti jokaisessa kapselissa, jättäen hyvin vähän tilaa virheille. Kun lämpötila normalisoituu, alkuperäinen tiedosto jää kiinni kapseliin ja kopioidut tiedostot poistuvat siitä. Tämä estää alkuperäisten tietojen ja DNA:n vioittumisen.
Geneetikot käyttivät uutta lähestymistapaansa25 jaettuun DNA:han tallennetun tiedoston samanaikainen lukeminen. Tulokset olivat positiivisia ja odottamattomia. Keskimäärin lämpökapseleilla lukuhäviö on 0,3 % kolmen lukemisen jälkeen verrattuna 35 %:iin nykyisellä menetelmällä.
Mikrokapselit värjätty fluoresoivilla leimoilla. Kuva: Tom de Greef
Toinen "innovaatio" - maalattu erikoisellamerkitty luettelo. Jokaiselle tiedostolle on määritetty fluoresoiva etiketti, ja jokaiselle kapselille on määritetty eri väri. Erityinen laite voi sitten tunnistaa värit ja erottaa ne toisistaan helpottaakseen tietojen lajittelua ja etsimistä suuresta arkistosta.
Teknologian kirjoittajat ovat varmoja, että nämä innovaatiotriittää luomaan täysimittaisen DNA-pohjaisen tietokeskuksen. ”Yhdessä rakennuksen osassa uudet tiedostot koodataan DNA-synteesin avulla. Toinen sisältää suuria kenttiä kapseleita, joista jokaisessa on erillinen tiedosto. Robottikäsi ottaa kapselin ulos, lukee sen sisällön ja asettaa sen takaisin”, yksi tutkimuksen tekijöistä kertoo. Asia on pieni: odottaa, kunnes DNA-synteesin kustannukset laskevat entisestään, ja tälle vuosikymmenelle riittää, tutkijat ovat varmoja.
Lue lisää:
Tekoäly on löytänyt neljä Nazcan geoglyfiä - jättiläispiirroksia autiomaasta
"Möykkyjen" puuttuminen universumista selitettiin pimeän aineen ultrakevyillä hiukkasilla
Noin miljardi vuotta yksi päivä maan päällä kesti 19 tuntia: tutkijat selittivät miksi
Kannessa: Kuva Freepik