Veri odaklı bir dünyada ucuz, hızlı ve verimli depolama yapabilen merkezler yaratmak
DNA depolama sistemikulağa bilim kurgu gibi geliyor. Ancak bu tür çözümler zaten uygulandı. Doğru, şimdiye kadar esas olarak araştırma amaçları ve sık kullanılması gerekmeyen arşiv verilerini depolamak için. DNA ile çalışmanın temel sınırlaması, çok sayıda dosyaya hızlı paralel erişimin zorluğu ve okuma ve yazma hatalarıdır.
Uluslararası bir araştırma ekibi geliştirdimevcut eksiklikleri ortadan kaldırabilecek teknoloji. Nature dergisinde yayınlanan çalışmanın yazarlarından biri, önerilen çözümün 5-10 yıl içinde kullanılmasıyla, DNA'ya dayalı tam teşekküllü veri merkezlerinin gerçeğe dönüşeceğinden emin.
Bir veri depolama sistemi olarak DNA
Veri depolamak için DNA ipliklerini kullanma fikrionlarca yıldır tartışılıyor. 1988'de Harvard araştırmacıları ve sanatçı Joe Davis, eski bir Cermen rününün (toplamda 35 bit bilgi) 5'e 7 piksel görüntüsünü E. coli bakterisinin içerdiği DNA'ya kodladı. Ancak bu örnek, yalnızca gelecekteki olasılıkların bir gösterimiydi: teknoloji çok pahalı ve karmaşıktı.
Teknik olarak DNA'da veri depolamak mümkün hale geldi,2011'de Harvard araştırmacıları kontrollü DNA sentezi için bir teknoloji geliştirdiğinde. Bu alanda daha fazla araştırma, maliyeti büyük ölçüde azalttı ve istenen DNA dizilerini içeren sentetik DNA oluşturma hızını artırdı.
Bilgiyi olağan 0 yerine DNA'da depolamak içinve 1'de veriyi kodlamak için kullanılan “adenin - timin” ve “sitozin - guanin” baz çiftleri kullanılabilir. Laboratuvarda bazlar, sentetik DNA şeritleri oluşturmak için belirli bir sırayla birleştirilir.
DNA'nın Faydaları
Verileri DNA'da depolamanın birçok avantajı vardır.Örneğin, bir DNA dosyası fazla yer kaplamaz: molekülün yüksek yoğunluğu nedeniyle, iki bit'e eşdeğer olan her bir nükleotit yaklaşık 1 nm³'tür. Ve DNA olarak saklanan bir exabyte veri (1.000.000 TB) avucunuzun içine sığabilir. DNA da son derece kararlıdır - eski mikroorganizmaların ve hayvanların fosillerinde korunmuş bir genetik kodun keşfi bunun en iyi örneğidir. Üstelik bu teknoloji önemli enerji maliyetleri gerektirmiyor.
Sorun şu ki, eğer sorulardaMevcut çözümler veri yazmak için yeterince iyi çalıştığından (nispeten pahalı olmalarına rağmen), okuma ile ilgili sorunlar ortaya çıkmaya başlar. Şu anda okuma için kullanılan PCR rasgele erişim yöntemi, çok sayıda hataya eğilimlidir. Sistemler aynı anda yalnızca bir dosya okuyabilir ve verilerin kalitesi her okumada ciddi şekilde düşer.
Okuma süreci şu şekilde çalışır:DNA'daki her veri dosyası, belirli bir primere bağlanan bir dizi içerir. Araştırmacılar, polimeraz zincir reaksiyonunu (PCR) kullanarak istenen parçanın milyonlarca kopyasını sentezleme sürecini başlatır.
Aynı prensip çalışır, örneğin,koronavirüs testi: belirli bir sentetik primerin etkisi altında bir zincirleme reaksiyon başlar ve az miktarda virüs DNA'sı bile saptanabilir hale gelir. Sorun şu ki, birkaç ayrı dosyayı okumak, birkaç primerin aynı anda çalışmasını gerektiriyor ve bu da kopyalama sürecinde birçok hataya ve orijinal DNA'nın yok olmasına yol açıyor.
ölçeklenebilir teknoloji
Uluslararası bir araştırma ekibi öneriyorbu sınırlamaların üstesinden geleceğine inandıkları yöntem, ısıyla sabitlenmiş PCR'dir. Bilim adamları, ayrı DNA dosyaları gibi davranan protein ve polimerlerden oluşan mikrokapsüller yarattılar. Bu tür her bir kapsül, bir veri dosyasıyla ilişkilendirilir. Ek olarak, çok sayıda mikrokapsül 50 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara ısıtıldığında, bu kapsüllerin her biri kapatılacak şekilde tasarlanırlar.
Bu, PCR işleminin okumasını sağlar.her kapsülde bağımsız olarak meydana gelir ve hata için çok az yer bırakır. Sıcaklık normale döndüğünde, orijinal dosya kapsüle bağlı kalır ve kopyalanan dosyalar kapsülden çıkar. Bu, orijinal verilerin ve DNA'nın bozulmasını önler.
Genetikçiler yeni yaklaşımlarınıBölünmüş DNA'da saklanan 25 dosyanın aynı anda okunması. Sonuçlar olumlu ve beklenmedikti. Ortalama olarak, termal kapsüllerde, üç okumadan sonra okuma kaybı %0,3'tür, mevcut yöntemle %35'tir.
Floresan etiketlerle boyanmış mikrokapsüller. Resim: Tom de Greef
İkinci “yenilik” - özel olarak boyanmışkatalog etiketlendi. Her dosyaya bir floresan etiketi atanır ve her kapsüle farklı bir renk atanır. Özel bir cihaz daha sonra renkleri tanıyabilir ve bunları birbirinden ayırarak büyük bir depodaki bilgilerin sıralanmasını ve aranmasını kolaylaştırır.
Teknolojinin yazarları, bu yeniliklerintam teşekküllü bir DNA tabanlı veri merkezi oluşturmak için yeterli. “Binanın bir bölümünde yeni dosyalar DNA sentezi kullanılarak kodlanacak. Diğeri, her biri ayrı bir dosyaya sahip geniş kapsül alanları içerecektir. Robotik kol kapsülü çıkaracak, içindekileri okuyacak ve geri yerleştirecek” diyor çalışmanın yazarlarından biri. Mesele küçük: DNA sentezinin maliyeti daha da düşene kadar beklemek ve bunun için bir on yıl yeterli, bilim adamları emin.
Daha fazla oku:
Yapay zeka dört Nazca jeoglifi buldu - çölde dev çizimler
Evrende "topak" olmaması, karanlık maddenin ultra hafif parçacıkları ile açıklandı.
Yaklaşık bir milyar yıl, Dünya'da bir gün 19 saat sürdü: araştırmacılar nedenini açıkladı
Kapakta: Image by Freepik