خبر

  • تک بورد - محققان با استفاده از ذخیره سازی DNA ، یک پایگاه داده تصویری مبتنی بر فراداده ایجاد می کنند

    محققان با استفاده از ذخیره سازی DNA ، یک پایگاه داده تصویری مبتنی بر فراداده ایجاد می کنند
    17 روز و 17 ساعت قبل

    س Quالات ممکن است روزها طول بکشد ، اما امکان بیرون آوردن پرونده های خاص وجود دارد.
    به نظر می رسد ذخیره سازی داده های مبتنی بر DNA راه حل هایی برای برخی از مشکلات ایجاد شده توسط ظرفیت روزافزون بشریت برای ایجاد داده هایی است که ما می خواهیم از آنها استفاده کنیم. در مقایسه با اکثر رسانه های دیگر ، DNA تراکم داده های خارق العاده ای را ارائه می دهد. اگر در شرایط مناسب ذخیره شود ، برای حفظ داده ها

    اما DNA منفی نیست. در حال حاضر ، هیچ روش استانداردی برای رمزگذاری بیت ها در الگوی بازهای یک رشته DNA وجود ندارد. سنتز توالی های خاص همچنان گران است. و دستیابی به داده ها با استفاده از روش های فعلی کند است و DNA مورد استفاده برای ذخیره را کاهش می دهد. سعی کنید بارها به داده ها دسترسی پیدا کنید و مجبورید آنها را به نوعی بازیابی کنید - فرایندی که خطاهای مربوط به آن را تهدید می کند.

    تیم مستقر در MIT و موسسه Broad تصمیم به حل برخی از این مسائل گرفته است. در این فرآیند ، محققان یک سیستم ذخیره تصویر مبتنی بر DNA ایجاد کرده اند که در جایی بین یک سیستم فایل و یک پایگاه داده مبتنی بر فراداده قرار دارد.

    مشکلات

    سیستم های اخیر برای ذخیره داده ها در DNA (مانند یکی ما شامل این موارد هستیم) افزودن برچسب های توالی خاص به بخشهای DNA که حاوی داده ها هستند. برای به دست آوردن داده های مورد نظر خود ، شما به سادگی بیت هایی از DNA را اضافه می کنید که می توانند با برچسب های مناسب جفت شوند و از آنها برای تکمیل توالی کامل استفاده می کنید. فکر کنید مانند نشان دادن هر تصویر در یک مجموعه با شناسه ، سپس تنظیم موارد به گونه ای که فقط یک شناسه خاص تقویت شود.

    این روش موثر است ، اما از دو جهت محدود است. برای اولین بار ، مرحله تقویت ، با استفاده از فرایندی به نام PCR انجام می شود ، محدودیتی در اندازه توالی قابل تقویت دارد. و هر برچسب مقداری از فضای محدود را اشغال می کند ، بنابراین افزودن برچسب های دقیق تر (همانطور که برای یک سیستم پرونده پیچیده ممکن است لازم باشد) مقدار فضای داده را کاهش می دهد.

    محدودیت دیگر PCR است واكنشي كه قطعات خاص DNA حاوي داده ها را تقويت مي كند ، مقداري از كتابخانه اصلي DNA را مصرف مي كند. به عبارت دیگر ، هر بار که برخی از داده ها را بیرون می کشید ، انبوهی از داده های غیر مرتبط را از بین می برید. به داده ها اغلب به اندازه کافی دسترسی پیدا کنید و در نهایت در کل مخزن سوزانده شوید. گرچه روشهایی برای تقویت مجدد همه موارد وجود دارد ، هر بار که این کار انجام می شود ، احتمال معرفی خطا را افزایش می دهد.

    تبلیغات

    تحقیقات جدید اطلاعات برچسب را از ذخیره داده جدا کرده است. علاوه بر این ، محققان سیستمی را ایجاد کردند که در آن امکان دسترسی به داده های DNA مورد علاقه شما و باقی مانده داده ها بدون دستکاری وجود دارد و طول عمر بیشتری را برای ذخیره اطلاعات فراهم می کند.

    بازی پوسته

    فن آوری اساسی بر این واقعیت استوار است که DNA به دانه های شیشه دی اکسید سیلیسیم می چسبد. این جاذبه مستقل از اندازه DNA است ، بنابراین شما می توانید خودسرانه داده های زیادی را با استفاده از این سیستم ذخیره کنید (در این حالت ، قطعات بیش از 10 برابر اندازه معمول ذخیره سازی داده های DNA بود که در گذشته استفاده می شد). و به همان اندازه مهم ، هیچ برچسبی در DNA در داده ها ذخیره نشده است ، بنابراین هیچ تفاوتی بین ذخیره سازی داده ها و اطلاعات سیستم فایل وجود ندارد.

    هنگامی که DNA در سطح این دانه ها قرار گرفت ، محققان مقداری دی اکسید سیلیسیم اضافی در بالای آن پلیمری کرد. این DNA را پوشانده و از آن در برابر محیط محافظت می کند. و با استفاده از یک برچسب فلورسنت ، محققان تأیید کردند که این روند بسیار کارآمد است: اساساً ، تمام ذرات ایجاد شده به این روش حاوی DNA بودند.

    فقط هنگامی که این پوسته در محل قرار گرفت ، محققان برچسب هایی را اضافه کردند که از نظر شیمیایی بودند به پوسته بیرونی مرتبط است. برچسب ها از DNA تک رشته ای ساخته شده بودند و ممکن بود چندین برچسب متمایز به یک پوسته شیشه ای متصل باشند.

    در حالی که این فرآیند برای هر بلوک داده به طور جداگانه اداره می شد ، هر زمان همه چیز در جای خود قرار داشت ، کره های شیشه ای دارای برچسب را می توان در یک کتابخانه داده واحد مخلوط کرد. اگرچه به انداز st ذخیره DNA خالص نیست ، اما این کتابخانه همچنان دارای مزایای پایدار بودن در طولانی مدت و عدم نیاز به انرژی برای نگهداری است.

    یافتن پرونده ها

    اما بخش جالب دسترسی به داده ها است. محققان مجموعه ای از تصاویر مرتبط با کلمات کلیدی را در DNA ذخیره کردند ، با هر کلمه کلیدی رمزگذاری شده در DNA متصل به قسمت بیرونی پوسته شیشه. برای استفاده از مثال آنها ، یک تصویر از یک گربه حیوان خانگی نارنجی با کلمات کلیدی "نارنجی" ، "گربه" و "خانگی" همراه است ، در حالی که یک تصویر از ببر فقط "نارنجی" و "گربه" دارد.

    از آنجا که این برچسب ها تک رشته ای بودند ، طراحی یک توالی منطبق که با آن جفت شود و یک مارپیچ دوتایی ایجاد کند. اینها به مولکولهای فلورسنت با رنگهای مختلف مرتبط بودند ، بنابراین هر پوسته شیشه ای که به برچسب های مناسب متصل باشد ، شروع به درخشان شدن رنگهای خاص می کند. ما در حال حاضر دستگاه هایی داریم که از لیزر برای جدا کردن چیزها براساس رنگ آنها استفاده می کنند (به طور معمول از آنها برای مرتب سازی سلولهای دارای برچسب فلورسنت استفاده می شود). در این دستگاه ، یک مهره گربه خانگی نارنجی در طول موج های مختلف از مهره گربه نارنجی می درخشد و بنابراین می توان گربه خانه را از کتابخانه بیرون کشید.

    تبلیغ

    بقیه کتابخانه دست نخورده باقی می ماند ، و بنابراین هر بار که این فرآیند اتفاق می افتد ، از دست دادن قابل توجهی از داده ها نیست. و از آنجا که دانه ها چگالی بیشتری نسبت به آب دارند ، تمرکز مجدد ذخیره داده ها به راحتی با استفاده از سانتریفیوژ برای چرخاندن قسمت استفاده نشده کتابخانه به پایین یک لوله آزمایش آسان است.

    پس از جدا شدن ، از یک محلول اچ شیشه ای برای آزاد سازی DNA استفاده شد که می تواند در باکتری ها قرار گیرد. DNA مورد استفاده برای ذخیره سازی به گونه ای تنظیم شد که باکتری ها بتوانند نسخه های زیادی از آن را برای خواندن داده ها تهیه کنند.

    پایگاه داده DNA - نه ، از این نوع نیست

    یکی از جنبه های زیبا در همه اینها این است که جستجوهای Boolean را با چندین اصطلاح امکان پذیر می کند. با انتخاب موافق یا مخالف برچسب های مختلف یکی پس از دیگری ، می توانید شرایط کاملاً پیچیده ای ایجاد کنید: درست برای گربه ، نادرست برای اهلی ، درست برای سیاه و غیره. برچسب زدن دو برچسب با همان رنگ فلورسنت به شما معادل یک منطقی می دهد یا اگر چیزی را با آن رنگ بدست آورید.

    زیرا هر یک از این برچسب ها را می توان به عنوان یک قطعه فراداده در مورد تصویر ذخیره شده توسط DNA ، مجموعه دانه ها در نهایت به عنوان یک پایگاه داده تصویری مبتنی بر داده عمل می کند.

    در حالی که همه اینها نشان دهنده جهش قابل توجهی در پیچیدگی ذخیره سازی مبتنی بر DNA است ، اما هنوز هم ذخیره سازی مبتنی بر DNA . که به معنای کند بودن در مقیاسی است که باعث می شود حتی درایو های نوار سریع به نظر برسند. محققان محاسبه می کنند ، حتی اگر آنها داده های بیشتری را در هر دانه شیشه ای قرار دهند ، با عبور از 1 گیگابایت داده در ثانیه ، جستجوها از بین می روند. این بدان معنی است که جستجوی یک پتابایت داده کمی بیش از دو هفته طول می کشد.

    و این فقط یافتن دانه های شیشه ای مناسب است. باز كردن آنها و رساندن DNA به باكتري ها ، سپس انجام توالي هاي لازم براي تعيين آنچه كه در دانه ها ذخيره شده است ، احتمالاً دو روز به فرآيند افزوده خواهد شد.

    اما البته هيچ كس پيشنهاد نمي كند ما از ذخیره DNA استفاده می کنیم زیرا سریع است. همانطور که در بالا ذکر کردیم ، خواص خوب آن از نظر استفاده از انرژی و پایداری داده است. ما فقط چیزی را می توانیم در DNA ذخیره کنیم اگر مطمئن شویم که نمی خواهیم خیلی زود به آن دسترسی پیدا کنیم. با توجه به اینکه ، هر روشی برای عملکردی و انعطاف پذیرتر شدن دسترسی به طور بالقوه ارزشمند است.





خبرهای دیگر از علوم پایه