РЕКЛАМА

ДНК као медиј за складиштење огромних рачунарских података: стварност врло брзо?

Пробојна студија чини значајан корак напред у потрази за развојем система за складиштење дигиталних података заснованог на ДНК.

Digital подаци расте експоненцијалном брзином данас због наше зависности од гаџета и захтева робусно дуготрајно складиштење. Чување података полако постаје изазов јер тренутна дигитална технологија није у могућности да пружи решење. Пример је да је у последње две године створено више дигиталних података него у читавој историји рачунара, у ствари се креира 2.5 квинтилиона бајта {1 квинтилион бајта = 2,500,000 терабајта (ТБ) = 2,500,000,000 гигабајта (ГБ)} података сваки дан у свету. Ово укључује податке о сајтовима друштвених мрежа, трансакцијама онлајн банкарства, евиденцију компанија и организација, податке са сателита, надзор, истраживање, развој итд. Ови подаци су огромни и неструктурирани. Стога је сада велики изазов ухватити се у коштац са огромним захтевима за складиштење података и њиховим експоненцијалним растом, посебно за организације и корпорације којима је потребно робусно дуготрајно складиштење.

Опције које су тренутно доступне су хард диск, оптички дискови (ЦД-ови), меморијски стикови, флеш дискови и напреднији уређаји за траке или оптички БлуРаи дискови који чувају отприлике до 10 терабајта (ТБ) података. Иако се такви уређаји за складиштење често користе, имају много недостатака. Прво, они имају низак до средњи рок трајања и потребно их је чувати под идеалним условима температуре и влажности да би могли да трају деценијама и стога захтевају посебно дизајниране физичке просторе за складиштење. Скоро сви они троше много енергије, гломазни су и непрактични и могу се оштетити једноставним падом. Неки од њих су веома скупи, често су оптерећени грешкама у подацима и стога нису довољно робусни. Опција коју је организација универзално прихватила назива се рачунарство у облаку – аранжман у коме компанија у основи ангажује „спољни“ сервер за руковање свим својим ИТ захтевима и захтевима за складиштење података, који се назива „облак“. Један од примарних недостатака рачунарства у облаку су питања безбедности и приватности и рањивост на нападе хакера. Ту су и други проблеми као што су високи трошкови, ограничена контрола од стране матичне организације и зависност од платформе. Рачунарство у облаку се и даље сматра добром алтернативом за дуготрајно складиштење. Међутим, изгледа да дигиталне информације које се генеришу широм света сигурно надмашују нашу способност да их складиштимо и потребна су још робуснија решења како би се задовољила ова поплава података уз обезбеђивање скалабилности како би се узеле у обзир и будуће потребе складиштења.

Може ли ДНК помоћи у складиштењу рачунара?

Naša ДНК (Деоксирибонуклеинска киселина) се сматра узбудљивим алтернативним медијумом за дигитално складиштење података. ДНК је материјал који се самореплицира присутан у скоро свим живим организмима и оно је оно што чини нашу генетску информацију. Вештачки или синтетички ДНК је издржљив материјал који се може направити коришћењем комерцијално доступних машина за синтезу олигонуклеотида. Примарна предност ДНК је њена дуговечност јер ДНК траје 1000 пута дуже од силицијума (силицијум-чип – материјал који се користи за изградњу компјутери). Запањујуће, само један кубни милиметар ДНК може да садржи квинтилион бајтова података! ДНК је такође ултракомпактан материјал који се никада не разграђује и може се чувати на хладном и сувом месту стотинама векова. Идеја о коришћењу ДНК за складиштење постоји већ дуже време још од 1994. године. Главни разлог је сличан начин на који се информације чувају у компјутеру иу нашој ДНК – пошто оба чувају нацрте информација. Компјутер чува све податке као 0с и 1с, а ДНК чува све податке живог организма користећи четири базе – тимин (Т), гванин (Г), аденин (А) и цитозин (Ц). Дакле, ДНК би се могла назвати стандардним уређајем за складиштење, баш као и рачунар, ако се ове базе могу представити као 0с (базе А и Ц) и 1с (базе Т и Г). ДНК је чврста и дуготрајна, а најједноставнији одраз је да се наш генетски код – нацрт свих наших информација похрањених у ДНК – ефикасно преноси с генерације на генерацију на поновљен начин. Сви софтверски и хардверски гиганти желе да користе синтетичку ДНК за складиштење огромних количина како би постигли свој циљ решавања дугорочног архивирања података. Идеја је да се рачунарски код 0с и 1с прво претвори у ДНК код (А, Ц, Т, Г), претворени ДНК код се затим користи за производњу синтетичких ланаца ДНК који се затим могу ставити у хладно складиште. Кад год је потребно, ланци ДНК се могу уклонити из хладног складишта и њихове информације декодирати помоћу машине за секвенцирање ДНК, а ДНК секвенца се коначно преводи назад у бинарни компјутерски формат од 1с и 0с да би се прочитала на рачунару.

То је показано1 да само неколико грама ДНК може да ускладишти квинтилион бајтова података и да их задржи нетакнутим до 2000 година. Међутим, ово једноставно разумевање наишло је на неке изазове. Прво, прилично је скупо и такође болно споро уписивање података у ДНК, односно стварну конверзију 0с и 1с у ДНК базе (А, Т, Ц, Г). Друго, када се подаци „запишу“ на ДНК, тешко је пронаћи и повратити датотеке и захтева технику која се зове секвенцирање ДНК – процес одређивања прецизног редоследа база унутар молекула ДНК – након чега се подаци декодирају назад у 0с и 1с.

Недавна студија2 научници из Мицрософт Ресеарцх-а и Универзитета у Вашингтону постигли су „насумични приступ“ складиштењу ДНК. Аспект „случајног приступа“ је веома важан јер значи да се информација може пренети на или са места (углавном меморија) у коме се може приступити свакој локацији, без обзира где у низу. Користећи ову технику насумичног приступа, датотеке се могу преузети из ДНК складишта на селективан начин у поређењу са ранијим, када је такво преузимање захтевало потребу да се секвенционира и декодира цео скуп података ДНК да би се пронашло и издвојило неколико жељених датотека. Важност „случајног приступа“ се додатно повећава када се количина података повећава и постаје огромна јер смањује количину секвенцирања која треба да се уради. Ово је први пут да је случајни приступ приказан у тако великом обиму. Истраживачи су такође развили алгоритам за ефикасније декодирање и враћање података са већом толеранцијом на грешке у подацима, чинећи процедуру секвенцирања такође бржом. Више од 13 милиона синтетичких ДНК олигонуклеотида је кодирано у овој студији, што су подаци величине 200 МБ који се састоје од 35 датотека (који садрже видео, аудио, слике и текст) величине од 29 КБ до 44 МБ. Ове датотеке су преузете појединачно без грешака. Такође, аутори су осмислили нове алгоритме који су робуснији и толерантнији на грешке у писању и читању ДНК секвенци. Ова студија објављена у Природа Биотехнологија у великом напретку који показује одржив систем великих размера за складиштење и проналажење ДНК.

Систем за складиштење ДНК изгледа веома привлачно јер има велику густину података, високу стабилност и лако се складишти, али очигледно има много изазова пре него што може да буде универзално усвојен. Неколико фактора су временски и радно интензивно декодирање ДНК (секвенцирање), као и синтеза ДНК. Техника захтева већу тачност и ширу покривеност. Иако је постигнут напредак у овој области, тачан формат у коме ће се подаци чувати дугорочно, пошто се ДНК још увек развија. Мицрософт је обећао да ће побољшати производњу синтетичке ДНК и одговорити на изазове дизајна потпуно оперативног ДНК систем складиштења до 2020.

***

{Можете да прочитате оригинални истраживачки рад тако што ћете кликнути на линк ДОИ дат у наставку на листи цитираних извора}

Извор (и)

1. Ерлицх И и Зиелински Д 2017. ДНК фонтана омогућава робусну и ефикасну архитектуру складиштења. Наука. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038

2. Органицк Л ет ал. 2018. Случајни приступ у складиштењу ДНК података великих размера. Природна биотехнологија. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079

Тим СЦИЕУ
Тим СЦИЕУhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Сциентифиц Еуропеан® | СЦИЕУ.цом | Значајан напредак у науци. Утицај на човечанство. Инспиративни умови.

Пријавите се на наш билтен

Да будете у току са свим најновијим вестима, понудама и специјалним најавама.

Најгледанији чланци

Стоматологија: Повидон јод (ПВП-И) спречава и лечи ране фазе ЦОВИД-19

Повидон јод (ПВП-И) се може користити у облику...

2-деокси-Д-глукоза (2-ДГ): Потенцијално погодан лек против ЦОВИД-19

2-деокси-Д-глукоза (2-ДГ), аналог глукозе који инхибира гликолизу, недавно је...
- Адвертисемент -
94,519Фановикао
47,682ЧитаоциПратити
1,772ЧитаоциПратити
30ПретплатникаПријавите се