Aurrerapen-azterketa batek aurrerapauso garrantzitsua ematen du a garatzeko bidean DNA- Datu digitalak biltegiratzeko sistema.
Digital datuak tasa esponentzialean hazten ari da gaur egun tramankuluekiko menpekotasunagatik eta epe luzerako biltegiratze sendoa behar du. Datuak biltegiratzea pixkanaka erronka bihurtzen ari da egungo teknologia digitala ez baita gai irtenbiderik emateko. Adibide bat da azken bi urteetan historia osoan baino datu digital gehiago sortu direla ordenagailuak, hain zuzen ere 2.5 kintilioi byte {1 kintilioi byte = 2,500,000 Terabyte (TB) = 2,500,000,000 Gigabyte (GB)} datu sortzen ari dira egunero munduan. Horrek sare sozialetako guneetako datuak, lineako banku-transakzioak, enpresen eta erakundeen erregistroak, sateliteen datuak, zaintza, ikerketa, garapena eta abar biltzen ditu. Datu hauek izugarriak eta egituratu gabeak dira. Hori dela eta, gaur egun erronka handia da datuen biltegiratze eskakizun handiei eta haien hazkunde esponentzialeari aurre egitea, batez ere epe luzerako biltegiratze sendoa behar duten erakunde eta korporazioentzat.
Gaur egun eskuragarri dauden aukerak hauek dira: disko gogorra, disko optikoak (CDak), memoria-makilak, flash-unitateak eta zinta-unitate aurreratuagoak edo BluRay disko optikoak, gutxi gorabehera 10 Terabyte (TB) datuak gordetzen dituztenak. Biltegiratze-gailu horiek normalean erabiltzen diren arren desabantaila asko dituzte. Lehenik eta behin, iraupen baxu-ertaina dute eta tenperatura eta hezetasun baldintza egokietan gorde behar dira hamarkada askotan iraun ahal izateko eta, beraz, bereziki diseinatutako biltegiratze-espazio fisikoak behar dituzte. Hauek ia guztiek energia asko kontsumitzen dute, handiak eta ez dira praktikoak eta erorketa soil batean kaltetu daitezke. Horietako batzuk oso garestiak dira, askotan datu-erroreak dituzte eta, beraz, ez dira nahiko sendoak. Erakundeak unibertsalki onartu duen aukera bati hodeiko informatika deitzen zaio: enpresa batek, funtsean, "kanpoko" zerbitzari bat kontratatzen du bere informatika eta datuak biltegiratzeko eskakizun guztiak kudeatzeko, "hodeia" deritzona. Hodeiko informatikaren desabantaila nagusietako bat segurtasun eta pribatutasun arazoak eta hackerren erasoetarako ahultasuna dira. Beste arazo batzuk ere badaude inplikatutako kostu handiak, gurasoen erakundearen kontrol mugatua eta plataformaren menpekotasuna. Hodeiko informatika epe luzerako biltegiratzeko alternatiba ona ikusten da oraindik. Hala eta guztiz ere, badirudi mundu osoan sortzen ari den informazio digitalak gordetzeko dugun gaitasuna gainditzen ari dela eta datu-luraldi honi aurre egiteko irtenbide sendoagoak behar dira, etorkizuneko biltegiratze beharrak ere kontuan hartzeko eskalagarritasuna eskainiz.
ADNak lagun dezake ordenagailuaren biltegiratzean?
Gure DNA (Azido desoxirribonukleikoa) datu digitalak biltegiratzeko bitarteko alternatibo zirraragarritzat hartzen ari da. DNA ia izaki bizidun guztietan dagoen material auto-erreplikatzailea da eta gure informazio genetikoa osatzen duena da. Artifiziala edo sintetikoa DNA material iraunkorra da, eta merkatuan eskuragarri dauden oligonukleotidoen sintesi-makinekin egin daiteke. DNAren abantaila nagusia bere iraupena da DNA Silizioa baino 1000 aldiz gehiago irauten du (silizio-txipa, eraikuntzarako erabiltzen den materiala). ordenagailuak). Harrigarria bada ere, milimetro kubiko bakarra DNA Kiloi bat byte datu eduki ditzake! DNA gainera, material ultratrinko bat da, inoiz degradatzen ez dena eta leku fresko eta lehor batean gorde daiteke ehunka mendez. 1994. urtera arte DNA biltegiratzeko erabiltzearen ideia aspalditik dago. Arrazoi nagusia informazioa ordenagailuan eta gurean gordetzen den antzeko modua da. DNA – biek informazioaren planoak gordetzen baitituzte. Ordenagailu batek datu guztiak 0 eta 1 gisa gordetzen ditu eta DNAk organismo bizidun baten datu guztiak gordetzen ditu lau baseak erabiliz: timina (T), guanina (G), adenina (A) eta zitosina (C). Hori dela eta, DNA biltegiratze-gailu estandarra dei liteke, ordenagailu bat bezalaxe, baldin eta oinarri hauek 0 (A eta C oinarriak) eta 1 (T eta G oinarriak) gisa irudika daitezke. DNA gogorra eta iraunkorra da, hausnarketarik errazena gure kode genetikoa -ADNan gordetako gure informazio guztiaren planoa- belaunaldi batetik bestera modu eraginkorrean transmititzen dela modu eraginkorrean. Software eta hardware erraldoi guztiek DNA sintetikoa erabiltzeko gogotsu daude kopuru handiak gordetzeko epe luzerako datuen artxiboa konpontzeko helburua lortzeko. Ideia da lehenik 0 eta 1 kode informatikoak DNA kode bihurtzea (A, C, T, G), bihurtutako DNA kodea gero DNA kate sintetikoak ekoizteko erabiltzen da, gero hotzean gordetzeko. Beharrezkoa den guztietan, DNA kateak hotz-biltegitik kendu eta haien informazioa DNA sekuentziatzeko makina erabiliz deskodetu eta DNA sekuentzia azkenik 1s eta 0s-ko formatu informatiko bitarra itzultzen da ordenagailuan irakurtzeko.
Erakutsita dago1 DNA gramo gutxi batzuek bilioi byte datu gorde ditzaketela eta 2000 urtera arte mantendu ditzaketela. Hala ere, ulermen sinple honek zenbait erronka izan ditu. Lehenik eta behin, nahiko garestia eta mingarria da DNAn datuak idaztea, hau da, 0ak eta 1ak DNAren oinarrietara (A, T, C, G) bihurtzea. Bigarrenik, datuak DNAn "idatzita" ondoren, zaila da fitxategiak aurkitzea eta berreskuratzea eta izeneko teknika bat behar da. DNA sekuentziazioa – a barruan oinarrien ordena zehatza zehazteko prozesua DNA molekula -ondoren datuak 0 eta 1era deskodetzen dira.
Azken azterketa batek2 Microsoft Research-eko eta Washingtongo Unibertsitateko zientzialariek DNA biltegiratzeko "ausazko sarbidea" lortu dute. "Ausazko sarbidea" alderdia oso garrantzitsua da, zeren esan nahi baitu informazioa leku batera edo batetik (oro har, oroimen bat) transferitu daitekeela kokapen guztietan, sekuentzian edozein tokitan, eta zuzenean atzitu daitekeela. Ausazko sarbidearen teknika hau erabiliz, fitxategiak DNA biltegitik atera daitezke lehengoarekin alderatuta modu selektiboan, berreskuratze horrek DNAren datu multzo oso bat sekuentziatu eta deskodetu beharra eskatzen zuenean, nahi zituen fitxategi gutxi batzuk aurkitzeko eta ateratzeko. "Ausazko sarbidea"-ren garrantzia are gehiago areagotzen da datu kopurua handitzen denean eta handitzen denean, egin beharreko sekuentziazio kopurua murrizten baitu. Ausazko sarbidea hain eskala handian erakusten den lehen aldia da. Ikertzaileek datuak modu eraginkorragoan deskodetzeko eta leheneratzeko algoritmo bat ere garatu dute, datuen akatsekiko tolerantzia handiagoarekin, sekuentziazio prozedura ere azkarragoa izan dadin. Azterketa honetan 13 milioi DNA oligonukleotido sintetiko baino gehiago kodetu ziren, 200KB eta 35MB bitarteko 29 fitxategiz (bideoa, audioa, irudiak eta testuak dituztenak) osatutako 44 MBko datuak. Fitxategi hauek banan-banan berreskuratu dira akatsik gabe. Era berean, egileek algoritmo berriak asmatu dituzte, sendoagoak eta akatsak toleranteagoak diren DNA sekuentziak idazteko eta irakurtzeko. urtean argitaratutako ikerketa hau Natura Bioteknologia aurrerapen handi batean DNA biltegiratzeko eta berreskuratzeko eskala handiko sistema bideragarria erakusten duena.
DNA biltegiratzeko sistema oso erakargarria dirudi datu-dentsitate handia duelako, egonkortasun handia eta gordetzeko erraza delako, baina, jakina, erronka asko ditu unibertsalki onartu aurretik. Faktore gutxi dira DNAren deskodeketa denbora eta lan intentsiboa (sekuentziazioa) eta, gainera, sintesia. DNA. Teknikak zehaztasun handiagoa eta estaldura zabalagoa eskatzen du. Nahiz eta alor honetan aurrerapenak eman zein formatu zehatza zein den gordeko diren datuak epe luzera DNA oraindik eboluzionatzen ari da. Microsoft-ek DNA sintetikoaren ekoizpena hobetuko duela eta guztiz operatiboa diseinatzeko erronkei aurre egingo diela zin egin du DNA biltegiratze sistema 2020rako.
***
{Jatorrizko ikerketa-lana irakur dezakezu behean aipatzen den DOI estekan aipaturiko iturrien zerrendan}
Iturria (k)
1. Erlich Y eta Zielinski D 2017. DNA Fountain-ek biltegiratze-arkitektura sendo eta eraginkorra ahalbidetzen du. Zientzia. 355 (6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Ausazko sarbidea eskala handiko DNAren datuen biltegian. Natura Bioteknologia. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
