İçindekiler:
Video: Ezhel - Bazen feat. Emel (Kasım 2024)
Mühendisler on yıllardır başarıyla daha küçük alanlara daha fazla depolama yapıyorlar, ancak bu sonsuza dek sürmeyecek. Veri depolamasında bir sonraki büyük sıçrama, tüm organik maddelerin içindeki DNA şeklini alabilir: Ülke genelindeki laboratuarlarda bulunan bilim adamları, bir depolama ortamı olarak sentetik DNA ile deney yapıyorlar.
Bilgisayar bilimleri profesörü Luis Henrique Ceze, “Elektroniklerin gittiği yerlere bakarsanız, bugün bilgisayar yapmak için kullandığımız temel teknolojilerin birçoğu olan silikon teknolojisi, neredeyse hepsinde sınıra yaklaşıyoruz” diyor. ve Washington Üniversitesi'nde mühendislik. “DNA çok yoğundur, çok dayanıklıdır ve bakımı çok az güç gerektirir, bu nedenle veri depolamak için DNA kullanmanın bir çok avantajı var.”
Ceze, Microsoft Research ile birlikte bir bilgisayar mimarlığı araştırmacısı olan Karin Strauss ile iki kurum arasında bir işbirliği üzerinde çalışıyor - bilgisayar bilimi ve biyolojiyi köprüleyen bir proje. Yaklaşık 20 kişilik bir ekip için, üniversite moleküler biyologları sağlar ve Microsoft bilgisayar bilimcilerini sunar.
DNA'nın depolama için nasıl kullanılabileceğini anlamak için, tüm bilgisayar verilerinin ikili veya temel-2 olduğunu düşünün. DNA, aden, sitozin, guanin ve timinden oluşan baz-4'tür (A, C, G ve T olarak kısaltılır). İlk adım, taban-2 bilgisinin taban-4'e dönüştürülmesidir; bu nedenle A, 00, C ila 01, G ila 10 ve T ila 11'e karşılık gelir (bu, onu biraz kolaylaştırır, ancak fikir arasındadır).
Daha sonra bilim adamları dört kimyasalları doğru sırayla birleştirmek için DNA sentezleyici adı verilen bir makine kullanıyorlar. Sonuç, bilgileri defalarca bir kalemin ucundan daha küçük, tuz benzeri bir küme halinde depolar. Bu bilgiyi geri okumak bir DNA dizici gerektirir.
Bu kırılgan gibi görünse de - bir kapı bir anda açıldığında patlayabilecek bir şey gibi - DNA gördüğümüz en güçlü veri depolama ortamıdır. Bilim adamları, yüzbinlerce yıllık DNA'yı başarıyla okudular.
DNA sekanslaması, depolanan materyalin küçük bir miktarının çıkarılmasını içerir ve işlem bu numuneyi tüketir. Sonuç olarak, bir DNA kaydı sınırlı sayıda okunabilir. Ancak, saklanan materyal çok fazla veriye sahip olmadığı için sorun değil; tekrar tekrar örneklenebilir. Günümüzün depolama ortamları da başarısız olmadan önce sınırlı sayıda yazma ve okuma döngüsüne sahiptir, yani bu yeni bir şey değil.
Ceze'nin işaret ettiği gibi, DNA asla eskimiş olmayacak. Birçoğumuz artık çekemeyeceğimiz bir çekmecenin arkasında disketler varken, bu DNA'nın kaderi olmayacak. Ceze, “Yaşam bilimleri ve sağlıkla ilgili nedenlerden dolayı daima DNA'yı önemsiyoruz, bu nedenle daima DNA'da depolanan bilgileri okuma yoluna sahip olacaksınız” diyor.
Temmuz 2016'da, Microsoft ve Washington Üniversitesi, 200 MB'lık veriyi, 22MB'lık önceki rekoru en iyi şekilde DNA formuna kodladı. Strauss, DNA kullanarak 1 inçlik bir küpte 1 exabayt veri (1 milyar GB) depolamanın mümkün olacağını söylüyor.
Strauss, “Belirli bir hacme ne kadar veri koyabileceğinizi hesapladık” diyor. “Bugün erişilebilir tüm interneti arşivlemeye karar verdiğimizde, bir parolanın veya her türlü elektronik duvarın arkasındaki olmayan her şeyi, yani büyük bir ayakkabı kutusunun boyutunu ortaya çıkardığımızda, hacminin ne olacağını tahmin etmeye çalıştık.”
Uzak bir teklif gibi gözüküyor, ancak Ceze on yıl içinde piyasada ticari DNA depolama sistemleri göreceğimize inanıyor. Tam olarak mikroişlemci depolaması gibi çalışmazlar, çünkü DNA oluşturma için ıslak bir kimyasal ortam gerektirir, ancak kurumsal teyp sistemlerinin sağladığı aynı hızda büyük kapasite ve rastgele erişim sağlarlar.
Hızla İlerleyen Bir Alan
DNA milyarlarca yıl civarında olmuştur, ancak kullanılabilir bir depolama teknolojisi olarak DNA'nın gösterimleri 1986'da, MIT araştırmacısı Joe Davis'in 28 baz çiftinde basit bir ikili görüntü kodlamasıyla başladı.
Bu alandaki bir diğer öncü, 1977'den beri Harvard Tıp Okulu'nda çalışan ve 1986'dan beri kendi laboratuarını işleten bir genetik profesörü olan George Church'tür. Church, 1970'lerden bu yana DNA okuma ve yazma maliyetini düşürmekle ilgilendi, bir gün olduğuna inanıyordu. pratik veri depolama oluşturmak için bir araya gelirlerdi. 2000 yılında DNA araştırmaları üzerinde çalışmakla ilgilenmeye başladı ve 2003 ve 2004 yıllarında kritik sıralama ve sentez testleri yaptı. 2012 yılına kadar her iki alanı bir araya getirip verileri kodlamak için bir sistem yarattı. Bu çalışmayı Bilim'in 2012'deki etkili bir makalesinde yazdı.
Church, “2003 ve '04'ten önce, sıralama ve sentez, temel olarak kılcal damarlarda (veya sıra başına bir tüpün bulunduğu küçük tüplerde) yapıldı, ” diyor. “Oldukça el ile kullanıldı ve ölçeklendirilemezdi. Mikrofabrikasyon yarı iletken endüstrisinden öğrendiğimiz ders, onları esasen iki boyutlu bir düzlemde bırakmanın ve özellik boyutunu küçültmenin bir yolunu bulmanız gerektiğiydi. sütun temelli metotlar bununla uyumluydu ve 2003 yılında dizileri iki boyutlu bir düzlemde nasıl dağıttığınızı gösterdik ve bunları şimdi sıralamanın en baskın yolu olan floresan görüntülemeyle görüntülüyorduk. DNA'yı bir uçakta üretebilir ve daha sonra kayabilir ve daha da kompakt hale getirebilir, böylece uçak onları sentezlemek için geçici bir yerdi, sonra onları milyonlarca kez üç boyutlu bir nesneye sığdırabilirdiniz. normal veri depolamadan daha küçük.
“Bunlar 2003 ve 2004 yıllarındaki konsept alıştırmaların kanıtıydı. 2012 yılında biz ve diğerleri, DNA için hem okuma hem de yazma yöntemlerini geliştirdik ve bunları DNA'ya henüz yazdığım bir kitabı kodladığım bir deneye koydum. görüntüler dahil, temelde dijital olan her şeyin DNA ile kodlanabileceğini göstermek. "
Maliyet, DNA depolanması için önemli bir engel olsa da, Church araştırmaların kısa sürede fiyatların çok düştüğünü belirtti. DNA okuma maliyeti yaklaşık 3 milyon kat, yazı yazma maliyeti ise milyar kat arttı. Her ikisini de daha az zamanda bir milyon kat daha geliştirdiğini görebiliyor. Ayrıca, DNA materyalini kopyalama maliyetinin, uzun süreli depolama maliyetinin yanı sıra neredeyse ücretsiz olduğunu da belirtiyor. Arşiv depolaması için veri okuma maliyeti büyük bir engel değildir, çünkü çoğu arşivlenmiş materyal asla okunmaz ve bazı öğeler seçici olarak okunur. Tüm sistemin maliyetlerine bakın, diye öneriyor. Geleneksel depolama yöntemleri Moore Yasası hızında hareket eder ve yakında platoda olacaktır. Fakat DNA depolama teknolojisi Moore yasalarından daha hızlı ilerliyor ve platolaşma belirtileri göstermiyor.
Arşivleme ve bulut depolama, Church'ün ilk önce DNA veri depolamayı benimsemiş olduğunu gördüğü yerdir. IBM, Microsoft ve Technicolor dahil şirketlerin bölgeyi inceleyen kendi araştırma ve geliştirme ekiplerine sahip olduğunu belirtti. Bir zamanlar kaybolmuş olduğuna inanılan klasik bir 1902 filmi olan DNA'ya A Trip to the Moon'u saklamak için Technicolor ile birlikte 2015 yılında işbirliği yaptı. Şimdi Technicolor, birleşik bir toz lekesinden daha büyük olmayan birçok DNA kopyasına sahip.
Kilisenin DNA depolaması için çalışan ve şu anda iki hedefe odaklanan 93 kişilik bir laboratuarı var. Birincisi, döngü başına hızın radikal bir şekilde iyileştirilmesidir. Bilgi, her biri bir molekül kadar kalın olan yüzlerce tabaka halinde depolanır. Her ekleme şu anda üç dakika sürüyor, ancak Church bunun bir milisaniyeden daha azına indirilebileceğine inanıyor. Bu 200.000 kat daha hızlı, diye belirtti ve organik kimyadan biyokimyaya bir değişim anlamına geliyor. Ayrıca okuma ve yazma için kullanılan enstrümanların daha küçük hale getirilmesi için nasıl üretildiğini değiştirmek istiyor. Şu anda onlar büyük buzdolaplarının boyutunda. Bunun küçültülmesini istiyor.
Yerleşik Artıklık ve Hata Düzeltme İhtiyacı
Kilise'nin 2012 Bilim makalesinden etkilenen araştırmacılardan biri, Urbana-Champaign Üniversitesi'nden Profesör Olgica Milenkovic. Makale, derhal ilgisini çeken kodlama ihtiyacından bahsetti. Depolama araştırmasında kodlama, verilere artıklık ekleme, daha sonra okuma ve yazma işlemi sırasında ortaya çıkan hataları düzeltmek için kullanılabilecek fazlalık oluşturma tekniğidir. Bunun neden önemli olduğuna bir örnek için, burada iki Citizen Kane fotoğrafına bakın. Her ikisi de, DNA'da Milenkoviç ekibi tarafından kodlandı ve sonra okundu. Hangisinin fazlalığı kullandığını tahmin et.
Haklısın: Soldaki görüntü, fazlalık olarak kodlandı ve sağdaki görüntü olmadı.
Artıklık eklemenin basit bir yolu, her karaktere belirli bir sayıyı tekrarlamaktır. 0 yazmak yerine, dört kez yaz. Bu kaba kuvvet yaklaşımı - basit ama korkunç derecede verimsiz. Milenkoviç'in çalışması aynı hata düzeltmesini daha sofistike bir şekilde başarmakla ilgili. Veri doğrulama yöntemleri sağlamak için parite kontrolleri veya doğrusal eşleme kontrolleri adı verilen teknikleri içerir.
Milenkoviç, "Bütün alan, temel olarak, ortaya çıkarsa hataları düzeltmenize ya da daha da iyisi, ortaya çıkması muhtemel olduğunu bildiğiniz hatalardan kaçınmanıza yardımcı oluyor" diyor. “Hatalardan kurtulmak için kontrollü fazlalık getirdik ve bu kontrollü fazlalık basit bir tekrarlama şeklinde değil, çünkü bu çok etkili değil.”
Milenkoviç'i bu alana getiren şey buydu, ancak şimdi araştırması DNA sentezinin büyük maliyetini düşürmekle ilgili.
"Bu konuda çok aktif olan öğrencim H. Tabatabae Yazdi ve DNA sentezlemekten kaçınmak için akıllıca bir yol bulmaya çalışıyorum. DNA'nın sentezlenmesi, yüksek maliyet nedeniyle bu teknolojinin darboğazını oluşturuyor "Milenkoviç diyor.
Her ne kadar Milenkoviç yayınlanmamış araştırmalar hakkında çok fazla açıklama yapmak istemezse de, çözümü “kurnaz matematiksel yaklaşımlar” ı içeriyor ve tamamen zamanlama ile ilgili, burada bilgi bitleri arasındaki aralığın büyüklüğü anlamlı.
"ATGC'leri belirli bir konumdaki ikili simgeleri gerçekten kodlamak için kullanmak istediğiniz formaliteden vazgeçerseniz, bilgiyi saklamak için çok daha akıllı ve daha etkili araçlar bulabilirsin, çünkü iplikçiklerin tekrar tekrar sentezlenmesi gerekmez. yine, "Milenkoviç açıklıyor. “Onları bir kez kesin olarak sentezleyebilir ve sonra sentezlenen DNA'yı akıllı bir kombinasyon şeklinde yeniden kullanabilirsiniz.”
Yaptığı çalışmalarla Milenkoviç, DNA sentezleme maliyetini en az üç büyüklük sırasına düşürmeyi umuyor. Bu hala yeterli değil, diye belirtti ancak ilerleme. Aynı zamanda büyüleyici bulduğu bir araştırmaya da katkıda bulunuyor.
Milenkoviç, "Çok heyecan verici, dürüst olmak, Tanrı'yı oynamak ve kendi bilgilerinizi DNA'da kodlamak" diyor. “Kişiye, seçtiğiniz bir doğa molekülüyle oynadığınızı ve geleceğe bilgi depolamak ve kodlamak ve iletmek istediğiniz şeyi yapmasını sağlamak için bir heyecan hissi verir.”
Nakit Ödeme - Şimdi Her Gün
Hepsi DNA depolamalı kuru tozlu akademik araştırma değil. İrlanda merkezli bir şirket olan Helixworks, şimdiden para kazanmaya çalışıyor. Amazon’da bir ürünü var.
Şirketin kurucusu Nimesh Pinnamaneni, “Amazon’da başlattık, böylece 512 KB’lik DNA’ya kodlanmış dijital veri alabiliyorsunuz”. “Çok küçük bir şey. Belki bir resim veya belki bir şiir, onun gibi bir şey.”
Alışılmadık bir satın alma, ancak her şeye sahip kişi için mükemmel bir aşk belirteci olabilir, özellikle de bu bilim insanı ise:
Pinnamaneni, "Bizi arayan bir müşteriyi hatırlıyorum. Karısına hediye etmek istedi - ikisi de biyoteknologlar - karısına evlilik yıldönümlerinde hediye etmek istedi. DNA'ya bir mesaj koymak ve ona bir DNA hediye etmek istedi." “Mesajı okumak için DNA'yı sıralaması gerekiyordu. Bir aşk mesajı göndermenin oldukça karmaşık bir yolu, ama belki de biyoteknoloji uzmanları için çok tatlı.”
Ancak Helixworks, siparişlerini yerine getirmeye hazır olmadan önce 2016 yılının Ağustos ayında Amazon'da ürününü yayınlamaktan biraz önce geldi. İki kişi, şirketin Helixworks'ün ürününü ezmek zorunda kalmasından önce, DNA'sı olan 14 ayar altın bir kapsül olan 199 dolarlık DNADrive'ı satın aldı. DNADrive hala Amazon'da, ancak satın alınamıyor.
Bu, Helixworks'ün bittiği ve fazla istekli olmadığı anlamına gelmez. Şimdi durmak için çok fazla geldi. Şirket İsveç'teki Borås Üniversitesi'nde başladı, Pinnamaneni (yukarıda solda resmedildi) ve şirketin diğer kurucu ortağı Sachin Chalapati (sağda) biyoteknoloji alanında yüksek lisans derecesi aldı. DNA depolama araştırması için fon topladılar, çalışmalarını bir kez daha Hindistan'ın Bangalore kentinde sürdürdüler ve bir konsept kanıtı geliştirdiler.
İlave fonlar için döküm yapmak, onları San Francisco, California'da bir başlangıç girişim sermayesi şirketi olan SOSV tarafından yürütülen IndieBio hızlandırıcı programına getirdi. Helixworks program tarafından seçildi ve nakit olarak 50.000 $ kazandı ve geçtiğimiz altı aydır Cork County'deki bir laboratuarda çalışabildi. Programda, Helixworks'ün bu yıl Güney'de Southwest festivali tarafından kullanacağı ve bir sahne etkinliğinde yarışacağı bir ürün tanıtımı üzerine mentorluk yapılıyor.
Altın DNA kapsüllerini çalkalamak sonunda kazançlı bir sınır olabilir, Pinnamaneni, şirketin geleceğinin şu anda geliştirmekte olduğu kompakt ev ve ofis DNA yazıcılarında olduğunu söylüyor. DNA depolamayı herkesin kullanması için yeterince kolay ve uygun fiyatlı yapmak istiyor.
Pinnamaneni “Yazıcıda kartuş gibi çalışan bir şeye sahip olmanız gerektiğini düşündük” dedi. “Sadece dört renginiz var ve bu dört renk mümkün olan herhangi bir rengi oluşturmak için bir araya gelebilir, değil mi? Mürekkep yazıcınız böyle çalışıyor. Sistemimizde bunun gibi bir şey olması gerektiğini düşündük. olası herhangi bir DNA dizisini oluşturmak için birleştirilebilir. ”
Diğer laboratuvarlar DNA sentezlenmeleri için her seferinde yaklaşık 30.000 dolar ödüyor olsa da, tamamlanması haftalar süren bir işlem olan Pinnamaneni, icadının maliyeti ve zamanı önemli ölçüde azaltabileceğini söylüyor. Helixworks, yazıcıyı oluşturmak için otomatik laboratuar ekipmanı yapan bir şirket olan Opentrons ile çalışıyor. SXSW’de attığı şey bu.
Pinnamaneni, “Expo katında göstereceğimiz şey, gözlerinizin önünde DNA yazısı.” Diyor.
Şirket henüz bir emir almayacak. Bu iyi, çünkü romantik biyoteknoloji uzmanı hala yıldönümü hediyesini bekliyor.
