데이터 중심 세상에서 저렴하고 신속하며 효율적으로 저장할 수 있는 센터 만들기
DNA 저장 시스템공상 과학 소설처럼 들립니다. 그러나 그러한 솔루션은 이미 구현되었습니다. 사실, 지금까지는 주로 연구 목적과 자주 사용할 필요가 없는 보관 데이터를 저장하기 위한 용도였습니다. DNA 작업의 주요 제한 사항은 많은 수의 파일에 대한 빠른 병렬 액세스와 읽기 및 쓰기 오류의 어려움입니다.
국제 연구팀이 개발한기존의 단점을 제거할 수 있는 기술. 네이처 저널에 게재된 이 연구의 저자 중 한 명은 제안된 솔루션을 사용하여 5~10년 내에 DNA를 기반으로 하는 본격적인 데이터 센터가 현실이 될 것이라고 확신합니다.
데이터 저장 시스템으로서의 DNA
DNA 가닥을 사용하여 데이터를 저장한다는 아이디어수십 년 동안 논의되었습니다. 1988년에 하버드 연구원이자 예술가인 조 데이비스(Joe Davies)는 고대 게르만 문자(총 35비트 정보)의 5x7 픽셀 이미지를 대장균 박테리아에 포함된 DNA로 인코딩했습니다. 그러나 이 예는 미래의 가능성을 보여주는 것일 뿐이었습니다. 기술이 너무 비싸고 복잡했습니다.
기술적으로 DNA에 데이터를 저장하는 것이 가능해졌고,2011년 하버드 연구원들이 제어된 DNA 합성 기술을 개발했을 때. 이 분야에 대한 추가 연구는 비용을 크게 줄이고 원하는 DNA 서열을 포함하는 합성 DNA를 생성하는 속도를 높였습니다.
일반적인 0 대신 DNA에 정보를 저장하려면데이터를 인코딩하는 데 사용되는 1과 염기쌍 "아데닌 - 티민" 및 "시토신 - 구아닌"을 사용할 수 있습니다. 실험실에서는 염기가 특정 순서로 결합되어 합성 DNA 가닥을 형성합니다.
DNA의 이점
데이터를 DNA에 저장하면 많은 이점이 있습니다.예를 들어, DNA 파일은 많은 공간을 차지하지 않습니다. 분자의 밀도가 높기 때문에 2비트에 해당하는 각 뉴클레오티드는 약 1nm³입니다. 그리고 DNA로 저장된 1엑사바이트의 데이터(1,000,000TB)는 손바닥에 들어갈 수 있습니다. DNA는 또한 매우 안정적입니다. 고대 미생물과 동물의 화석에서 보존된 유전 코드의 발견이 이에 대한 대표적인 예입니다. 게다가 이 기술은 상당한 에너지 비용이 필요하지 않습니다.
문제는 질문에 있다면기존 솔루션은 데이터 쓰기에 충분히 잘 작동하기 때문에(비교적 비용이 많이 들지만) 읽기에 문제가 발생하기 시작합니다. 현재 읽기에 사용되는 PCR 랜덤 액세스 방식은 많은 수의 오류가 발생하기 쉽습니다. 시스템은 한 번에 하나의 파일만 읽을 수 있으며 읽을 때마다 데이터 품질이 심각하게 저하됩니다.
읽기 프로세스는 다음과 같이 작동합니다.DNA의 각 데이터 파일에는 특정 프라이머에 결합하는 서열이 포함되어 있습니다. 연구자들은 중합효소 연쇄 반응(PCR)을 사용하여 원하는 단편의 수백만 사본을 합성하는 과정을 시작합니다.
동일한 원리가 작동합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.코로나바이러스 검사: 특정 합성 프라이머의 영향으로 연쇄 반응이 시작되고 소량의 바이러스 DNA도 검출 가능해집니다. 문제는 여러 개의 개별 파일을 읽으려면 여러 개의 프라이머가 동시에 작동해야 하며, 이로 인해 복사 과정에서 많은 오류가 발생하고 원본 DNA가 파괴된다는 점입니다.
확장 가능한 기술
국제 연구팀이 제안하는이러한 한계를 극복할 것으로 그들이 믿는 방법은 열 고정 PCR입니다. 과학자들은 별도의 DNA 파일로 작용하는 단백질과 폴리머의 마이크로캡슐을 만들었습니다. 이러한 각 캡슐은 하나의 데이터 파일과 연결됩니다. 또한 50℃ 이상의 온도로 여러 개의 마이크로캡슐을 가열하면 각각의 캡슐이 밀봉되도록 설계되어 있다.
이를 통해 PCR 프로세스가 읽을 수 있습니다.각 캡슐에서 독립적으로 발생하므로 오류의 여지가 거의 없습니다. 온도가 정상화되면 원본 파일은 캡슐에 부착된 상태로 유지되고 복사된 파일은 그대로 남습니다. 이것은 원본 데이터와 DNA가 손상되는 것을 방지합니다.
유전학자들은 새로운 접근법을 사용하여분할된 DNA에 저장된 25개의 파일을 동시에 읽습니다. 결과는 긍정적이고 예상치 못한 것이었습니다. 평균적으로 열 캡슐의 경우 판독 손실은 3회 판독 후 0.3%로 현재 방법의 35%와 비교됩니다.
형광 라벨로 염색된 마이크로캡슐. 이미지: 톰 드 그리프
두 번째 "혁신" - 특수 페인트태그된 카탈로그. 각 파일에는 형광 라벨이 지정되고, 각 캡슐에는 서로 다른 색상이 지정됩니다. 그러면 특수 장치가 색상을 인식하고 서로 분리하여 대규모 저장소의 정보를 더 쉽게 정렬하고 검색할 수 있습니다.
이 기술의 저자는 이러한 혁신이본격적인 DNA 기반 데이터 센터를 만들기에 충분합니다. “건물의 한 부분에서 DNA 합성을 사용하여 새 파일이 인코딩됩니다. 다른 하나는 각각 별도의 파일이 있는 큰 캡슐 필드를 포함합니다. 로봇 팔은 캡슐을 꺼내 내용물을 읽고 다시 제자리에 놓을 것입니다.”라고 연구 저자 중 한 명이 말합니다. 요점은 작습니다. DNA 합성 비용이 훨씬 더 줄어들 때까지 기다리는 것입니다. 이 10년이면 충분하다고 과학자들은 확신합니다.
더 읽어보기 :
인공 지능이 4개의 나스카 지상 그림을 발견했습니다. 사막에서 거대한 그림입니다.
우주에 "덩어리"가 없다는 것은 암흑 물질의 초경량 입자에 의해 설명되었습니다.
약 10억년, 지구의 하루는 19시간 지속되었습니다. 연구원들은 그 이유를 설명했습니다.
표지: Image by Freepik