У свету вођеном подацима, стварање центара који могу да складиште јефтино, брзо и ефикасно
Систем за складиштење заснован на ДНКзвучи као научна фантастика. Али слична решења су већ примењена. Истина, до сада углавном у истраживачке сврхе и за чување архивских података које не треба често користити. Кључно ограничење за рад са ДНК је тешкоћа брзог приступа великом броју датотека паралелно и грешке у читању и писању.
Развио се међународни тим истраживачатехнологија која може да отклони постојеће недостатке. Један од аутора студије објављене у часопису Натуре уверен је да ће коришћењем предложеног решења, пуноправни центри података засновани на ДНК постати стварност у року од 5-10 година.
ДНК као систем за складиштење података
Идеја коришћења ДНК ланаца за складиштење податакарасправљало се деценијама. Давне 1988. истраживачи са Харварда и уметник Џо Дејвис кодирали су слику древне германске руне величине 5 пута 7 пиксела (укупно 35 битова информација) у ДНК уграђену у бактерију Е. цоли. Али овај пример је једноставно био демонстрација будућих могућности: технологија је била прескупа и сложена.
Технички, складиштење података у ДНК је постало могуће,када су истраживачи са Харварда развили технологију за контролисану синтезу ДНК 2011. године. Даља истраживања у овој области значајно су смањила трошкове и повећала брзину стварања синтетичке ДНК која садржи жељене ДНК секвенце.
За чување информација у ДНК уместо уобичајене 0и 1, који се користе за кодирање података, могу се користити парови база “аденин – тимин” и “цитозин – гванин”. У лабораторији се базе комбинују одређеним редоследом да би се формирале синтетичке нити ДНК.&нбсп;
Предности ДНК
Постоје многе предности чувања података у ДНК.На пример, ДНК датотека не заузима много простора: због велике густине молекула, сваки нуклеотид, еквивалентан два бита, је око 1 нм³. А ексабајт података (1.000.000 терабајта) похрањених у облику ДНК могао би стати на длан ваше руке. ДНК је такође изузетно стабилан — откриће очуваног генетског кода у фосилима древних микроорганизама и животиња је одличан пример за то. Штавише, ова технологија не захтева значајну потрошњу енергије.
Проблем је што ако је у питањуДок записују податке, постојећа решења функционишу прилично добро (иако остају релативно скупа), почињу да се јављају проблеми са читањем. ПЦР метод са случајним приступом који се тренутно користи за очитавање подложан је великом броју грешака. Системи могу да читају само једну датотеку у исто време, а квалитет података је у великој мери деградиран са сваким читањем.
Процес читања функционише на следећи начин:Свака датотека са подацима у ДНК укључује секвенцу која се везује за одређени прајмер. Користећи ланчану реакцију полимеразе (ПЦР), истраживачи започињу процес синтезе милиона копија жељеног фрагмента.&нбсп;
Исти принцип функционише, нпр.тестирање на коронавирус: под утицајем одређеног синтетичког прајмера, покреће се ланчана реакција и чак и мала количина вирусне ДНК постаје детектива. Проблем је у томе што читање више појединачних датотека захтева истовремено покретање више прајмера, што доводи до много грешака у процесу копирања и уништавања оригиналне ДНК.
Скалабилна технологија
Међународни тим истраживача предлажеметод, который, как они считают, позволит преодолеть эти ограничения — ПЦР с термофиксацией. Ученые создали микрокапсулы из белков и полимеров, которые действуют как отдельные файлы ДНК. Каждая такая капсула связана с одним файлом данных. Кроме того, они сконструированы таким образом, что при нагревании множества микрокапсул до температуры выше 50 °C каждая из этих капсул запечатывается.
Это позволяет процессу ПЦР при считывании се јављају независно у свакој капсули, остављајући врло мало простора за грешке. Када се температура нормализује, оригинални фајл остаје причвршћен за капсулу, а копирани фајлови га напуштају. Ово чува оригиналне податке и ДНК од оштећења.
Генетичари су искористили свој нови приступ даистовремено читање 25 фајлова ускладиштених у подељеној ДНК. Резултати су били позитивни и неочекивани. У просеку, када се користе термалне капсуле, губитак података по читању је 0,3% након три читања, у поређењу са 35% код постојеће методе.
Флуоресцентно обележене микрокапсуле. Слика: Том де Грееф
Друга "иновација" - офарбана посебнимозначени каталог. Свакој датотеци је додељена флуоресцентна ознака, а свакој капсули је додељена другачија боја. Посебан уређај тада може препознати боје и одвојити их једну од друге како би олакшао сортирање и претраживање информација у великом спремишту.&нбсп;
Аутори технологије су уверени да ове иновациједовољно за стварање пуноправног центра података заснованог на ДНК. „У једном делу зграде нови фајлови ће бити кодирани помоћу ДНК синтезе. Други ће садржати велика поља капсула, од којих свака има засебну датотеку. Роботска рука ће извадити капсулу, прочитати њен садржај и вратити је“, каже један од аутора студије. Једино што преостаје јесте да сачекамо док се цена синтезе ДНК још више не смањи, а за ово ће једна деценија бити довољна, сигурни су научници.
Опширније:
Вештачка интелигенција пронашла четири геоглифа Наске - џиновска цртежа у пустињи
Недостатак „грудвавости“ у Универзуму објашњен је ултра-лаганим честицама тамне материје
Око милијарду година, дан на Земљи трајао је 19 сати: истраживачи су објаснили зашто
На насловној страни: Слика са Фреепика