Un studiu inovator face un pas semnificativ înainte în încercarea de a dezvolta a ADN-ul-sistem de stocare a datelor digitale.
Digital de date este în creștere exponențială astăzi din cauza dependenței noastre de gadgeturi și necesită stocare robustă pe termen lung. Stocarea datelor devine treptat o provocare, deoarece tehnologia digitală actuală nu este capabilă să ofere o soluție. Un exemplu este că au fost create mai multe date digitale în ultimii doi ani decât în toată istoria Calculatoare, de fapt, 2.5 chintilioane de octeți {1 chintilion de octeți = 2,500,000 Terabytes (TB) = 2,500,000,000 de gigaocteți (GB)} de date sunt create în fiecare zi în lume. Acestea includ date despre site-uri de rețele sociale, tranzacții bancare online, înregistrări ale companiilor și organizațiilor, date de la sateliți, supraveghere, cercetare, dezvoltare etc. Aceste date sunt uriașe și nestructurate. Prin urmare, este acum o mare provocare să abordați cerințele uriașe de stocare pentru date și creșterea exponențială a acestora, în special pentru organizațiile și corporațiile care necesită stocare robustă pe termen lung.
Opțiunile disponibile în prezent sunt hard disk, discuri optice (CD-uri), stick-uri de memorie, unități flash și unitățile de benzi mai avansate sau discuri optice BluRay care stochează aproximativ 10 Terabytes (TB) de date. Astfel de dispozitive de stocare, deși sunt utilizate în mod obișnuit, au multe dezavantaje. În primul rând, au o durată de valabilitate scăzută spre medie și trebuie depozitate în condiții ideale de temperatură și umiditate pentru a putea rezista multe decenii și, astfel, necesită spații de depozitare fizice special concepute. Aproape toate acestea consumă multă energie, sunt voluminoase și nepractice și pot fi deteriorate într-o simplă cădere. Unele dintre ele sunt foarte scumpe, sunt adesea afectate de erori de date și, prin urmare, nu sunt suficient de robuste. O opțiune care a fost universal acceptată de organizație se numește cloud computing – un aranjament în care o companie angajează practic un server „exterior” pentru a gestiona toate cerințele sale IT și de stocare a datelor, denumit „cloud”. Unul dintre principalele dezavantaje ale cloud computing-ului sunt problemele de securitate și confidențialitate și vulnerabilitatea la atacurile hackerilor. Există, de asemenea, alte probleme, cum ar fi costurile mari implicate, controlul limitat de către organizația-mamă și dependența de platformă. Cloud computing este încă văzută o alternativă bună pentru stocarea pe termen lung. Cu toate acestea, se pare că informațiile digitale generate la nivel mondial depășesc cu siguranță capacitatea noastră de a le stoca și sunt necesare soluții și mai solide pentru a face față acestui potop de date, oferind în același timp scalabilitate pentru a ține cont și de nevoile viitoare de stocare.
ADN-ul poate ajuta la stocarea pe computer?
Our ADN-ul (Acidul dezoxiribonucleic) este considerat un mediu alternativ interesant pentru stocarea datelor digitale. ADN-ul este materialul auto-replicabil prezent în aproape toate organismele vii și este ceea ce constituie informația noastră genetică. Un artificial sau sintetic ADN-ul este un material durabil care poate fi realizat folosind mașini de sinteză de oligonucleotide disponibile comercial. Beneficiul principal al ADN-ului este longevitatea sa ca a ADN-ul durează de 1000 de ori mai mult decât siliciul (chip de siliciu – materialul folosit pentru construcție Calculatoare). În mod uimitor, doar un singur milimetru cub de ADN-ul poate deține un quintilion de octeți de date! ADN-ul este, de asemenea, un material ultracompact care nu se degradează niciodată și poate fi depozitat într-un loc răcoros și uscat timp de sute de secole. Ideea de a folosi ADN-ul pentru stocare a existat de multă vreme până în 1994. Motivul principal este modul similar în care informațiile sunt stocate într-un computer și în ADN-ul – deoarece ambele stochează planurile informațiilor. Un computer stochează toate datele ca 0 și 1, iar ADN-ul stochează toate datele unui organism viu folosind cele patru baze – timină (T), guanină (G), adenină (A) și citozină (C). Prin urmare, ADN-ul ar putea fi numit un dispozitiv de stocare standard, la fel ca un computer, dacă aceste baze pot fi reprezentate ca 0 (bazele A și C) și 1 (bazele T și G). ADN-ul este dur și de lungă durată, cea mai simplă reflectare fiind că codul nostru genetic – modelul tuturor informațiilor noastre stocate în ADN – este transmis eficient de la o generație la alta într-un mod repetat. Toți giganții software și hardware sunt dornici să folosească ADN-ul sintetic pentru stocarea unor cantități mari pentru a-și atinge obiectivul de a rezolva arhivarea pe termen lung a datelor. Ideea este de a converti mai întâi codul computerizat 0 și 1 în codul ADN (A, C, T, G), codul ADN convertit este apoi folosit pentru a produce spire sintetice de ADN care pot fi apoi depozitate la rece. Ori de câte ori este necesar, firele de ADN pot fi îndepărtate din depozitul frigorific și informațiile lor decodificate folosind mașina de secvențiere ADN și secvența ADN este în cele din urmă tradusă înapoi în format binar de computer de 1s și 0s pentru a fi citită pe computer.
S-a arătat1 că doar câteva grame de ADN pot stoca un miliard de octeți de date și îl pot păstra intact până la 2000 de ani. Cu toate acestea, această înțelegere simplă s-a confruntat cu unele provocări. În primul rând, este destul de costisitor și, de asemenea, dureros de lent să scrieți date în ADN, adică conversia reală a 0 și 1 în bazele ADN (A, T, C, G). În al doilea rând, odată ce datele sunt „scrise” pe ADN, este dificil să găsiți și să regăsiți fișiere și necesită o tehnică numită ADN-ul secvențiere – proces de determinare a ordinii precise a bazelor în cadrul a ADN-ul moleculă -după care datele sunt decodificate înapoi la 0s și 1s.
Un studiu recent2 de către oamenii de știință de la Microsoft Research și de la Universitatea din Washington au obținut un „acces aleatoriu” la stocarea ADN-ului. Aspectul „acces aleatoriu” este foarte important pentru că înseamnă că informațiile pot fi transferate către sau dinspre un loc (în general o memorie) în care fiecare locație, indiferent de locul din secvență și poate fi accesată direct. Folosind această tehnică de acces aleatoriu, fișierele pot fi preluate din stocarea ADN-ului într-o manieră selectivă în comparație cu mai devreme, când o astfel de recuperare a necesitat necesitatea secvenței și decodarii unui întreg set de date ADN pentru a găsi și extrage puținele fișiere dorite. Importanța „accesului aleatoriu” crește și mai mult atunci când cantitatea de date crește și devine uriașă, deoarece reduce cantitatea de secvențiere care trebuie făcută. Este pentru prima dată când accesul aleatoriu a fost afișat la o scară atât de mare. Cercetătorii au dezvoltat, de asemenea, un algoritm pentru decodarea și restaurarea datelor mai eficient, cu mai multă toleranță la erorile de date, făcând procedura de secvențiere și mai rapidă. Peste 13 milioane de oligonucleotide ADN sintetice au fost codificate în acest studiu, care au fost date cu o dimensiune de 200 MB, constând din 35 de fișiere (conținând video, audio, imagini și text) cu dimensiuni cuprinse între 29KB și 44MB. Aceste fișiere au fost preluate individual, fără erori. De asemenea, autorii au conceput noi algoritmi care sunt mai robusti și toleranți la erori în scrierea și citirea secvențelor ADN. Acest studiu publicat în Biotehnologia naturii într-un progres major care arată un sistem viabil, la scară largă, pentru stocarea și recuperarea ADN-ului.
Sistemul de stocare a ADN-ului arată foarte atrăgător, deoarece are o densitate mare de date, o stabilitate ridicată și este ușor de stocat, dar în mod evident are multe provocări înainte de a putea fi adoptat universal. Puțini factori sunt decodificarea ADN-ului (secvențierea) și, de asemenea, sinteza de timp și de muncă. ADN-ul. Tehnica necesită mai multă acuratețe și o acoperire mai largă. Chiar dacă s-au făcut progrese în acest domeniu, formatul exact în care datele vor fi stocate pe termen lung ca ADN-ul este încă în evoluție. Microsoft a promis să îmbunătățească producția de ADN sintetic și să abordeze provocările de a proiecta un sistem complet operațional ADN-ul sistem de stocare până în 2020.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
1. Erlich Y și Zielinski D 2017. DNA Fountain permite o arhitectură de stocare robustă și eficientă. Ştiinţă. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Acces aleatoriu în stocarea datelor ADN la scară largă. Biotehnologia naturii. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
