Прогрессивдүү изилдөө а өнүктүрүүгө олуттуу кадам таштайт ДНК- санариптик маалыматтарды сактоо системасы.
санариптик маалымат гаджеттерге көз каранды болгондуктан, бүгүнкү күндө экспоненциалдуу ылдамдыкта өсүп жатат жана ал узак мөөнөттүү сактоону талап кылат. Маалыматтарды сактоо акырындык менен кыйын болуп баратат, анткени учурдагы санариптик технология чечимди камсыз кыла албайт. Мисал катары, акыркы эки жылда бардык тарыхка караганда санариптик маалыматтар көбүрөөк түзүлдү ЭЭМ, чындыгында дүйнөдө күн сайын 2.5 квинтиллион байт {1 квинтиллион байт = 2,500,000 2,500,000,000 XNUMX терабайт (ТБ) = XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX гигабайт (ГБ)} маалымат түзүлүүдө. Бул социалдык тармактардагы маалыматтар, онлайн банк операциялары, компаниялардын жана уюмдардын жазуулары, спутниктерден алынган маалыматтар, байкоолор, изилдөөлөр, иштеп чыгуулар жана башкалар. Бул маалыматтар чоң жана структураланбаган. Ошондуктан, азыр маалымат жана анын экспоненциалдуу өсүшү үчүн чоң сактоо талаптарын чечүү, айрыкча, узак мөөнөттүү сактоону талап кылган уюмдар жана корпорациялар үчүн чоң көйгөй.
Учурда жеткиликтүү болгон варианттар: катуу диск, оптикалык дисктер (CD), эс тутум таякчалары, флэш-дисктер жана 10 терабайтка (ТБ) чейинки маалыматтарды сактаган кыйла өркүндөтүлгөн магниттик дисктер же оптикалык BluRay дисктери. Мындай сактоочу шаймандар көбүнчө колдонулганына карабастан, көптөгөн кемчиликтерге ээ. Биринчиден, алардын жарактуулук мөөнөтү аз жана орто жана алар көптөгөн ондогон жылдар бою сакталышы үчүн идеалдуу температура жана нымдуулук шарттарында сакталышы керек, ошондуктан атайын иштелип чыккан физикалык сактоо мейкиндиктерин талап кылат. Булардын дээрлик бардыгы электр энергиясын көп керектейт, көлөмдүү жана практикалык эмес жана жөнөкөй кулаганда бузулушу мүмкүн. Алардын кээ бирлери абдан кымбат, көп учурда маалымат катасы менен жабыркашат жана ошондуктан жетиштүү бекем эмес. Уюм тарабынан жалпы кабыл алынган опция булуттагы эсептөө деп аталат - компания негизинен "булут" деп аталган бардык IT жана маалыматтарды сактоо талаптарын аткаруу үчүн "тышкы" серверди жалдайт. Булуттагы эсептөөнүн негизги кемчиликтеринин бири - коопсуздук жана купуялык маселелери жана хакерлердин чабуулуна каршы аялуу. Жогорку чыгымдар, ата-энелик уюм тарабынан чектелген көзөмөл жана платформага көз карандылык сыяктуу башка маселелер да бар. Булуттагы эсептөө дагы эле узак мөөнөттүү сактоо үчүн жакшы альтернатива болуп саналат. Бирок, дүйнө жүзү боюнча өндүрүлүп жаткан санариптик маалымат, албетте, биздин аны сактоо жөндөмүбүздөн ашып баратат жана бул маалыматтын ташкынына каршы туруу үчүн мындан да күчтүү чечимдер талап кылынат, ошол эле учурда келечектеги сактоо муктаждыктарын эске алуу үчүн масштабдуулукту камсыз кылуу керек.
ДНК компьютерди сактоого жардам бере алабы?
биздин ДНК (Дезоксирибонуклеин кислотасы) санариптик маалыматтарды сактоо үчүн кызыктуу альтернативалуу чөйрө катары каралууда. ДНК дээрлик бардык тирүү организмдерде бар өзүн-өзү репликациялоочу материал жана биздин генетикалык маалыматыбызды түзөт. Жасалма же синтетикалык ДНК коммерциялык жеткиликтүү олигонуклеотиддерди синтездөөчү машиналарды колдонуу менен жасалышы мүмкүн болгон бышык материал. ДНКнын негизги артыкчылыгы - анын узак жашоосу ДНК кремнийден 1000 эсе узакка созулат (кремний-чип – курулуш үчүн колдонулган материал ЭЭМ). Таң калыштуусу, болгону бир куб миллиметр ДНК квинтиллион байт маалыматтарды кармай алат! ДНК ошондой эле эч качан бузулбаган жана жүздөгөн кылымдар бою салкын, кургак жерде сактала турган өтө компакттуу материал. ДНКны сактоо үчүн колдонуу идеясы 1994-жылдан бери эле пайда болуп келген. Негизги себеби, маалыматтын компьютерде жана биздин компьютерде сакталышынын окшош модасы. ДНК – анткени экөө тең маалыматтын планын сакташат. Компьютер бардык маалыматтарды 0 жана 1 катары сактайт, ал эми ДНК тирүү организмдин бардык маалыматтарын төрт базаны - тимин (Т), гуанин (G), аденин (А) жана цитозинди (C) колдонуп сактайт. Демек, ДНКны компьютер сыяктуу стандарттык сактоочу түзүлүш деп атоого болот, эгерде бул негиздер 0s (А жана С негиздери) жана 1s (Т жана Г негиздери) катары берилсе. ДНК катаал жана узак мөөнөттүү, эң жөнөкөй чагылтуу биздин генетикалык кодубуз – ДНКда сакталган бардык маалыматыбыздын планы – бир муундан экинчи муунга кайра-кайра өткөрүлүп берилет. Бардык программалык жана аппараттык гиганттар маалыматтардын узак мөөнөттүү архивин чечүү максатына жетүү үчүн чоң көлөмдө сактоо үчүн синтетикалык ДНКны колдонууну каалашат. Идея адегенде 0s жана 1s компьютердик кодун ДНК кодуна (A, C, T, G) айландыруу болуп саналат, конверттелген ДНК коду андан кийин ДНКнын синтетикалык тилкелерин өндүрүү үчүн колдонулат, аларды муздак сактоочу жайга коюуга болот. Зарыл болгон учурда, ДНК тилкелери муздак сактагычтан алынып салынышы мүмкүн жана алардын маалыматы ДНК секвенирлөөчү машинанын жардамы менен чечмеленет жана ДНК ырааттуулугу акыры компьютерде окуу үчүн 1 жана 0 экилик компьютер форматына которулат.
Көрсөтүлдү1 бир нече грамм ДНК квинтиллион байт маалыматтарды сактай алат жана аны 2000 жылга чейин сактай алат. Бирок, бул жөнөкөй түшүнүү кээ бир кыйынчылыктарга дуушар болгон. Биринчиден, ДНКга маалыматтарды жазуу абдан кымбат жана өтө жай, башкача айтканда, 0 жана 1 лердин ДНКнын негиздерине (A, T, C, G) айландыруу. Экинчиден, маалыматтар ДНКга "жазылгандан" кийин, файлдарды табуу жана алуу кыйынга турат жана мындай ыкманы талап кылат. ДНК секвенирлөө – а ичиндеги негиздердин так тартибин аныктоо процесси ДНК молекула -андан кийин маалыматтар кайра 0 жана 1 ге декоддолот.
Жакында эле жүргүзүлгөн бир изилдөөгө2 Microsoft Research жана Вашингтон университетинин окумуштуулары ДНК сактагычка “кокус кирүүгө” жетишти. "Кокус жетүү" аспектиси абдан маанилүү, анткени ал маалымат кайсы жерден болбосун (негизинен эстутумга) өткөрүлүп берилиши мүмкүн дегенди билдирет, ал жерде ырааттуулукта кайсы жерде болбосун жана түз кирүүгө болот. Кокус кирүүнүн бул ыкмасын колдонуу менен файлдарды ДНК сактагычынан мурункуга салыштырмалуу тандалма түрдө алууга болот, мындай издөө талап кылынган бир нече файлды табуу жана бөлүп алуу үчүн ДНКнын бүтүндөй маалымат топтомун ырааттуулук менен чечмелөө зарылчылыгын талап кылат. Маалыматтын көлөмү көбөйгөндө жана аткарылышы керек болгон ырааттуулуктун көлөмүн азайткандыктан, "кокус кирүүнүн" мааниси дагы жогорулайт. Бул биринчи жолу кокус жетүү мынчалык чоң масштабда көрсөтүлдү. Окумуштуулар ошондой эле секвенирлөө процедурасын ылдамыраак кылып, берилиштер каталарына көбүрөөк сабырдуулук менен маалыматтарды декоддоо жана калыбына келтирүү үчүн алгоритмди иштеп чыгышты. Бул изилдөөдө 13 миллиондон ашык синтетикалык ДНК олигонуклеотиддери коддолгон, анын көлөмү 200 КБдан 35 МБга чейинки 29 файлдан (видео, аудио, сүрөттөр жана текстти камтыган) турган 44 МБ өлчөмүндөгү маалымат. Бул файлдар эч кандай катасыз өз алдынча чыгарылды. Ошондой эле, авторлор ДНК ырааттуулугун жазууда жана окууда күчтүүрөөк жана каталарга чыдамдуу жаңы алгоритмдерди ойлоп табышты. Бул изилдөө жарыяланган Nature Биотехнология ДНКны сактоо жана алуу үчүн жашоого жөндөмдүү, масштабдуу системаны көрсөткөн чоң жетишкендик.
ДНК сактоо системасы абдан жагымдуу көрүнөт, анткени ал маалымат тыгыздыгы жогору, туруктуулугу жогору жана сактоо оңой, бирок аны жалпыга колдонууга чейин көптөгөн кыйынчылыктар бар. Бир нече факторлор ДНКнын убакыт жана эмгекти көп талап кылган декоддоосу (секвенирлөө) жана ошондой эле синтези болуп саналат. ДНК. Техника көбүрөөк тактыкты жана кеңири камтууну талап кылат. Бул чөйрөдө жетишкендиктер болгонуна карабастан, маалыматтар узак мөөнөттүү келечекте сактала турган так формат ДНК дагы эле өнүгүп жатат. Майкрософт синтетикалык ДНКнын өндүрүшүн өркүндөтүүгө жана толук кандуу иштеп чыгуу үчүн көйгөйлөрдү чечүүгө убада берди ДНК сактоо системасы 2020-жылга чейин.
***
Булагы (с)
1. Erlich Y жана Zielinski D 2017. ДНК Фонтан бекем жана натыйжалуу сактоо архитектурасын камсыз кылат. Илим. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Ири масштабдуу ДНК маалыматтарды сактоодо кокустук. Жаратылыш биотехнологиясы. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
***
