Санариптик маалыматтарды сактоо үчүн ДНКга негизделген системаны иштеп чыгуу багытында олуттуу кадам таштаган ири изилдөө .
Бүгүнкү күндө санариптик маалыматтар гаджеттерге көз карандылыгыбыздан улам экспоненциалдуу темп менен өсүп жатат жана ал узак мөөнөттүү сактоону талап кылат. Маалыматтарды сактоо акырындык менен кыйынчылык жаратууда, анткени учурдагы санариптик технологиялар чечим бере албайт. Мисал катары акыркы эки жылда компьютерлердин бүткүл тарыхындагыга караганда көбүрөөк санариптик маалыматтар түзүлгөнүн келтирүүгө болот , чындыгында дүйнөдө күн сайын 2.5 квинтиллион байт {1 квинтиллион байт = 2 500 000 Терабайт (ТБ) = 2 500 000 000 Гигабайт (ГБ)} маалымат түзүлүүдө. Буга социалдык тармактардагы маалыматтар, онлайн банктык транзакциялар, компаниялардын жана уюмдардын жазуулары, спутниктерден алынган маалыматтар, байкоо жүргүзүү, изилдөө, иштеп чыгуу ж.б. кирет. Бул маалыматтар абдан чоң жана структураланбаган. Ошондуктан, маалыматтарды сактоонун чоң талаптарын жана алардын экспоненциалдуу өсүшүн чечүү азыр чоң кыйынчылык жаратууда, айрыкча, узак мөөнөттүү сактоону талап кылган уюмдар жана корпорациялар үчүн.
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 альтернативдүү каражат катары каралууда. ДНК - дээрлик бардык тирүү организмдерде кездешүүчү өзүн-өзү көбөйтүүчү материал жана биздин генетикалык маалыматыбызды түзөт. Жасалма же синтетикалык ДНК - бул коммерциялык жактан жеткиликтүү олигонуклеотиддик синтез машиналарын колдонуу менен жасалышы мүмкүн болгон бышык материал. ДНКнын негизги артыкчылыгы - анын узак мөөнөттүүлүгү, анткени ДНК кремнийге караганда (кремний чипи - компьютерлерди курууда колдонулган материал) 1000 эсе көпкө чейин сакталат . Таң калыштуусу, ДНКнын бир куб миллиметри квинтиллион байт маалыматты сактай алат! ДНК ошондой эле эч качан бузулбай турган жана жүздөгөн кылымдар бою салкын, кургак жерде сактала турган ультракомпакттуу материал. ДНКны сактоо үчүн колдонуу идеясы 1994-жылдан бери көптөн бери бар. Негизги себеби - маалыматтын компьютерде жана биздин ДНКда сакталышынын окшош ыкмасы - анткени экөө тең маалыматтын чиймелерин сактайт. Компьютер бардык маалыматтарды 0 жана 1 катары сактайт, ал эми ДНК тирүү организмдин бардык маалыматтарын төрт негиз – тимин (T), гуанин (G), аденин (A) жана цитозин (C) аркылуу сактайт. Ошондуктан, эгерде бул негиздерди 0 (A жана C негиздери) жана 1 (T жана G негиздери) катары көрсөтүүгө мүмкүн болсо, ДНКны компьютер сыяктуу эле стандарттуу сактоочу түзүлүш деп атоого болот. ДНК бекем жана узакка чыдамдуу, эң жөнөкөй чагылдыруусу - биздин генетикалык кодубуз – ДНКда сакталган бардык маалыматыбыздын планы – бир муундан экинчи муунга кайталап, натыйжалуу өткөрүлүп берилет. Бардык программалык жана аппараттык гиганттар маалыматтарды узак мөөнөттүү архивдөө максатына жетүү үчүн синтетикалык ДНКны көп өлчөмдө сактоо үчүн колдонууга кызыкдар. Идея алгач компьютердик 0 жана 1 коддорун ДНК кодуна (A, C, T, G) айландыруу, андан кийин айландырылган ДНК коду ДНКнын синтетикалык жипчелерин өндүрүү үчүн колдонулат, аларды андан кийин муздак сактоого коюуга болот. Зарыл болгон учурда, ДНК жипчелерин муздак сактоочу жайдан алып салууга болот жана алардын маалыматы ДНК секвенирлөөчү машинанын жардамы менен декоддолуп, ДНК ырааттуулугу акыры компьютерде окуу үчүн 1 жана 0 сандарынан турган бинардык компьютердик форматка которулат.
1- сүрөттө бир нече грамм ДНК гана квинтиллион байт маалыматты сактап, аны 2000 жылга чейин сактай алары көрсөтүлгөн . Бирок, бул жөнөкөй түшүнүк айрым кыйынчылыктарга туш болду. Биринчиден, маалыматтарды ДНКга жазуу, башкача айтканда, 0 жана 1 сандарын ДНК базаларына (A, T, C, G) айландыруу абдан кымбат жана ошол эле учурда абдан жай. Экинчиден, маалыматтар ДНКга "жазылгандан" кийин, файлдарды табуу жана алуу кыйынга турат жана ДНКны секвенирлөө деп аталган ыкманы талап кылат – бул ДНК молекуласындагы базалардын так тартибин аныктоо процесси, андан кийин маалыматтар 0 жана 1 сандарына кайра декоддолот.
Microsoft Research жана Вашингтон университетинин окумуштуулары тарабынан жакында жүргүзүлгөн 2 изилдөө ДНКны сактоо боюнча "кокустук мүмкүндүк алууга" жетишти. "Кокустук мүмкүндүк алуу" аспектиси абдан маанилүү, анткени ал маалыматтын ар бир жери, ырааттуулуктун кайсы жеринде болбосун, түз кирүүгө боло турган жерге (жалпысынан эс тутумга) которулушу же андан которулушу мүмкүн дегенди билдирет. Бул кокустук мүмкүндүк алуу ыкмасын колдонуу менен, файлдарды ДНКны сактоодон мурда мындай издөө үчүн керектүү бир нече файлдарды табуу жана бөлүп алуу үчүн бүтүндөй ДНК маалымат топтомун ыраатташтыруу жана декоддоо зарылдыгы талап кылынганга салыштырмалуу тандалма түрдө алууга болот. "Кокустук мүмкүндүк алуунун" мааниси маалыматтардын көлөмү көбөйгөндө жана жасалышы керек болгон ырааттуулуктун көлөмүн азайткан сайын чоңоюп кеткенде ого бетер жогорулайт. Бул кокустук мүмкүндүк алуу биринчи жолу мынчалык чоң масштабда көрсөтүлдү. Изилдөөчүлөр ошондой эле маалыматтарды декоддоо жана калыбына келтирүү үчүн маалыматтардын каталарына көбүрөөк чыдамкайлык менен натыйжалуураак алгоритмди иштеп чыгышты, бул ырааттуулук процессин да тездетет. Бул изилдөөдө 13 миллиондон ашык синтетикалык ДНК олигонуклеотиддери коддолгон, ал 200 МБ өлчөмүндөгү маалыматтар болгон, алардын ичинде 29 КБдан 44 МБга чейинки 35 файлдан (видео, аудио, сүрөттөр жана текст камтылган) турган. Бул файлдар катасыз өз-өзүнчө алынган. Ошондой эле, авторлор ДНК ырааттуулугун жазууда жана окууда кыйла бекем жана катага туруктуу жаңы алгоритмдерди иштеп чыгышкан. Бул изилдөө Nature Biotechnology журналында жарыяланып , ДНКны сактоо жана кайра алуу үчүн жашоого жөндөмдүү, ири масштабдуу системаны көрсөткөн чоң жетишкендик болгон.
ДНК сактоо системасы маалыматтардын тыгыздыгы жогору, туруктуулугу жогору жана сактоо оңой болгондуктан абдан жагымдуу көрүнөт, бирок аны универсалдуу түрдө кабыл алуудан мурун көптөгөн кыйынчылыктар бар экени айдан ачык. ДНКны декоддоо (секвенирлөө) жана ДНКны синтездөө сыяктуу убакытты жана эмгекти көп талап кылган факторлор аз. Бул ыкма көбүрөөк тактыкты жана кеңири камтууну талап кылат. Бул жаатта жетишкендиктер болгону менен, ДНК дагы эле өнүгүп жаткандыктан , маалыматтар узак мөөнөттүү келечекте кандай форматта сакталат . Microsoft синтетикалык ДНК өндүрүшүн жакшыртууга жана 2020-жылга чейин толук кандуу иштеген ДНК сактоо системасын иштеп чыгуу үчүн кыйынчылыктарды чечүүгө убада берди .
***
Булагы (с)
1. Эрлих Ю жана Зилински Д 2017. ДНК фонтаны бекем жана натыйжалуу сактоо архитектурасын камсыз кылат. Илим. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Органик Л жана башкалар. 2018. Ири масштабдуу ДНК маалыматтарын сактоодо кокустук мүмкүнчүлүк. Nature Biotechnology. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
***
