Proveržio tyrimas žengia reikšmingą žingsnį į priekį, siekiant sukurti a DNR- pagrįsta skaitmeninių duomenų saugojimo sistema.
Skaitmeninis duomenys šiandien auga eksponentiškai, nes esame priklausomi nuo įtaisų ir reikalauja tvirto ilgalaikio saugojimo. Duomenų saugojimas pamažu tampa sudėtingas, nes dabartinės skaitmeninės technologijos negali pasiūlyti sprendimo. Pavyzdžiui, per pastaruosius dvejus metus buvo sukurta daugiau skaitmeninių duomenų nei per visą istoriją kompiuteriai, iš tikrųjų kasdien pasaulyje sukuriama 2.5 kvintilijono baitų {1 kvintilijonas baitas = 2,500,000 2,500,000,000 XNUMX terabaitų (TB) = XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX gigabaitų (GB)} duomenų. Tai apima duomenis apie socialinių tinklų svetaines, internetinės bankininkystės operacijas, įmonių ir organizacijų įrašus, duomenis iš palydovų, stebėjimą, tyrimus, plėtrą ir kt. Šie duomenys yra didžiuliai ir nestruktūruoti. Todėl dabar yra didelis iššūkis įveikti didžiulius duomenų saugojimo reikalavimus ir jų eksponentinį augimą, ypač organizacijoms ir korporacijoms, kurioms reikalingas tvirtas ilgalaikis saugojimas.
Šiuo metu galimos parinktys yra standusis diskas, optiniai diskai (CD), atminties kortelės, „flash drives“ ir pažangesni juostiniai įrenginiai arba optiniai „BluRay“ diskai, kuriuose saugoma maždaug iki 10 terabaitų (TB) duomenų. Tokie saugojimo įrenginiai, nors ir dažnai naudojami, turi daug trūkumų. Pirma, jų tinkamumo laikas yra nuo mažo iki vidutinio, juos reikia laikyti idealiomis temperatūros ir drėgmės sąlygomis, kad jie tarnautų daugelį dešimtmečių, todėl jiems reikia specialiai sukurtų fizinių laikymo vietų. Beveik visi jie sunaudoja daug energijos, yra nepatogūs ir nepraktiški ir gali būti sugadinti paprasčiausiai nukritus. Kai kurie iš jų yra labai brangūs, dažnai patiria duomenų klaidų, todėl nėra pakankamai tvirti. Organizacijos visuotinai priimtas variantas vadinamas debesų kompiuterija – susitarimu, pagal kurį įmonė iš esmės samdo „išorinį“ serverį, kuris tvarkytų visus IT ir duomenų saugojimo reikalavimus, vadinamą „debesimi“. Vienas iš pagrindinių debesų kompiuterijos trūkumų yra saugumo ir privatumo problemos bei pažeidžiamumas įsilaužėlių atakoms. Taip pat yra ir kitų problemų, pvz., didelės išlaidos, ribota pagrindinės organizacijos kontrolė ir priklausomybė nuo platformos. Debesų kompiuterija vis dar laikoma gera ilgalaikio saugojimo alternatyva. Tačiau panašu, kad visame pasaulyje generuojama skaitmeninė informacija neabejotinai pranoksta mūsų galimybes ją saugoti ir reikia dar patikimesnių sprendimų, kad būtų galima patenkinti šį duomenų antplūdį, tuo pačiu užtikrinant mastelį, kad būtų galima atsižvelgti ir į būsimus saugojimo poreikius.
Ar DNR gali padėti saugoti kompiuterį?
mūsų DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) yra laikoma įdomia alternatyvia skaitmeninių duomenų saugojimo terpe. DNR yra savaime besidauginanti medžiaga, esanti beveik visuose gyvuose organizmuose ir yra mūsų genetinė informacija. Dirbtinis arba sintetinis DNR yra patvari medžiaga, kurią galima pagaminti naudojant komerciškai prieinamas oligonukleotidų sintezės mašinas. Pagrindinis DNR pranašumas yra jos ilgaamžiškumas kaip a DNR tarnauja 1000 kartų ilgiau nei silicis (silicio lustas – statybai naudojama medžiaga kompiuteriai). Nuostabu, kad tik vienas kubinis milimetras DNR gali talpinti kvintilijoną baitų duomenų! DNR Taip pat yra itin kompaktiška medžiaga, kuri niekada nesuyra ir gali būti laikoma vėsioje, sausoje vietoje šimtus šimtmečių. Idėja naudoti DNR saugojimui kilo ilgą laiką, dar 1994 m. Pagrindinė priežastis yra panašus informacijos saugojimo būdas kompiuteryje ir mūsų kompiuteryje. DNR – kadangi abu saugo informacijos brėžinius. Kompiuteris visus duomenis saugo kaip 0 ir 1, o DNR saugo visus gyvo organizmo duomenis naudodamas keturias bazes – timiną (T), guaniną (G), adeniną (A) ir citoziną (C). Todėl DNR būtų galima pavadinti standartiniu saugojimo įrenginiu, kaip ir kompiuterį, jei šios bazės gali būti pavaizduotos kaip 0s (bazės A ir C) ir 1s (bazės T ir G). DNR yra tvirta ir ilgaamžė, o paprasčiausias atspindys yra tai, kad mūsų genetinis kodas – visos mūsų DNR saugomos informacijos planas – efektyviai pakartotinai perduodamas iš kartos į kitą. Visi programinės ir techninės įrangos gigantai nori naudoti sintetinę DNR dideliems kiekiams saugoti, kad pasiektų savo tikslą išspręsti ilgalaikį duomenų archyvavimą. Idėja yra pirmiausia konvertuoti kompiuterio kodus 0 ir 1 į DNR kodus (A, C, T, G), vėliau konvertuotas DNR kodas naudojamas sintetinėms DNR grandinėms gaminti, kurios vėliau gali būti dedamos į šaltą saugyklą. Jei reikia, DNR grandinės gali būti pašalintos iš šaltos saugyklos, o jų informacija iššifruota naudojant DNR sekos nustatymo aparatą, o DNR seka galiausiai verčiama atgal į dvejetainį 1 ir 0 kompiuterinį formatą, kad būtų galima nuskaityti kompiuteryje.
Tai buvo parodyta1 kad vos keli gramai DNR gali saugoti kvintilijonus baitų duomenų ir išlaikyti juos nepažeistus iki 2000 metų. Tačiau šis paprastas supratimas susidūrė su tam tikrais iššūkiais. Pirma, duomenų įrašymas į DNR yra gana brangus ir skausmingai lėtas, ty faktinis 0 ir 1 konvertavimas į DNR bazes (A, T, C, G). Antra, kai duomenys „įrašomi“ į DNR, sunku rasti ir atkurti failus, todėl reikia technikos, vadinamos DNR sekvenavimas – tikslios bazių eilės nustatymo procesas a DNR molekulė -po to duomenys dekoduojami atgal į 0s ir 1s.
Neseniai atliktas tyrimas2 „Microsoft Research“ ir Vašingtono universiteto mokslininkai pasiekė „atsitiktinę prieigą“ prie DNR saugojimo. „Atsitiktinės prieigos“ aspektas yra labai svarbus, nes tai reiškia, kad informaciją galima perkelti į vietą arba iš vietos (dažniausiai į atmintį), kurioje kiekviena vieta, nesvarbu, kur seka, gali būti tiesiogiai pasiekiama. Naudojant šią atsitiktinės prieigos techniką, failus iš DNR saugyklos galima gauti atrankiniu būdu, palyginti su anksčiau, kai tokiam išgavimui reikėjo sekti ir iššifruoti visą DNR duomenų rinkinį, kad būtų galima rasti ir išgauti keletą norimų failų. „Atsitiktinės prieigos“ svarba dar labiau išauga, kai didėja duomenų kiekis ir tampa didžiulis, nes sumažėja sekų, kurias reikia atlikti, kiekis. Pirmą kartą atsitiktinė prieiga buvo parodyta tokiu dideliu mastu. Tyrėjai taip pat sukūrė algoritmą, skirtą efektyvesniam duomenų dekodavimui ir atkūrimui su didesniu tolerancija duomenų klaidoms, todėl sekos nustatymo procedūra taip pat yra greitesnė. Šiame tyrime buvo užkoduota daugiau nei 13 milijonų sintetinių DNR oligonukleotidų, kurie buvo 200 MB dydžio duomenys, sudaryti iš 35 failų (su vaizdo įrašu, garsu, vaizdais ir tekstu), kurių dydis svyruoja nuo 29 KB iki 44 MB. Šie failai buvo gauti atskirai be klaidų. Be to, autoriai sukūrė naujus algoritmus, kurie yra patikimesni ir atsparesni klaidoms rašant ir skaitant DNR sekas. Šis tyrimas paskelbtas m Gamtos biotechnologija didelė pažanga, parodanti perspektyvią didelio masto DNR saugojimo ir paieškos sistemą.
DNR saugojimo sistema atrodo labai patraukli, nes ji turi didelį duomenų tankį, didelį stabilumą ir yra lengvai saugoma, tačiau akivaizdu, kad ji turi daug iššūkių, kol ji gali būti visuotinai pritaikyta. Keletas veiksnių yra laiko ir darbo reikalaujantis DNR dekodavimas (sekvenavimas) ir sintezė. DNR. Technika reikalauja didesnio tikslumo ir platesnės aprėpties. Nors šioje srityje buvo padaryta pažanga, tikslus formatas, kuriuo duomenys bus saugomi ilgą laiką, kaip DNR vis dar vystosi. „Microsoft“ pažadėjo pagerinti sintetinės DNR gamybą ir spręsti iššūkius, kad sukurtų visiškai veikiančią DNR saugojimo sistema iki 2020 m.
***
{Galite perskaityti pradinį tyrimo dokumentą spustelėję toliau pateiktą DOI nuorodą cituojamų šaltinių sąraše}
Šaltiniai)
1. Erlich Y ir Zielinski D 2017. DNA Fountain suteikia tvirtą ir efektyvią saugojimo architektūrą. Mokslas. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L ir kt. 2018. Atsitiktinė prieiga didelės apimties DNR duomenų saugykloje. Gamtos biotechnologija. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
