Ang isang pambihirang pag-aaral ay nagsasagawa ng makabuluhang hakbang pasulong sa paghahanap na bumuo ng a DNA-based na storage system para sa digital data.
Digital data ay lumalaki sa isang exponential rate ngayon dahil sa aming dependency sa mga gadget at nangangailangan ito ng matatag na pangmatagalang storage. Ang pag-iimbak ng data ay unti-unting nagiging mahirap dahil ang kasalukuyang digital na teknolohiya ay hindi makapagbigay ng solusyon. Ang isang halimbawa ay ang mas maraming digital na data ang nalikha sa nakalipas na dalawang taon kaysa sa lahat ng kasaysayan ng mga computer, sa katunayan, 2.5 quintillion byte {1 quintillion byte = 2,500,000 Terabytes (TB) = 2,500,000,000 Gigabytes (GB)} ng data ang ginagawa araw-araw sa mundo. Kabilang dito ang data sa mga social networking site, online banking transactions, records ng mga kumpanya at organisasyon, data mula sa mga satellite, surveillance, research, development atbp. Ang data na ito ay napakalaki at hindi nakaayos. Samakatuwid, isa na ngayong malaking hamon na harapin ang malalaking kinakailangan sa storage para sa data at ang exponential growth nito, lalo na para sa mga organisasyon at korporasyon na nangangailangan ng matatag na pangmatagalang storage.
Ang mga opsyon na kasalukuyang available ay hard disk, optical disks (CDs), memory sticks, flash drive, at ang mas advanced na tapes drive o optical BluRay disc na nag-iimbak ng halos hanggang 10 Terabytes (TB) ng data. Ang mga naturang storage device kahit na karaniwang ginagamit ay may maraming disadvantages. Una, mayroon silang mababa hanggang katamtamang buhay ng istante at kailangan nilang itago sa ilalim ng perpektong kondisyon ng temperatura at halumigmig upang makapagtagal ng maraming dekada at sa gayon ay nangangailangan ng espesyal na idinisenyong pisikal na mga espasyo sa imbakan. Halos lahat ng mga ito ay kumonsumo ng maraming kapangyarihan, malaki at hindi praktikal at maaaring masira sa isang simpleng pagkahulog. Ang ilan sa mga ito ay napakamahal, kadalasang sinasalot ng error sa data at sa gayon ay hindi sapat na matatag. Ang isang opsyon na pangkalahatang tinatanggap ng organisasyon ay tinatawag na cloud computing – isang kaayusan kung saan ang isang kumpanya ay karaniwang kumukuha ng isang "labas" na server para sa paghawak ng lahat ng IT at mga kinakailangan sa pag-iimbak ng data, na tinutukoy bilang "cloud". Ang isa sa mga pangunahing kawalan ng cloud computing ay ang mga isyu sa seguridad at privacy at kahinaan sa pag-atake ng mga hacker. Mayroon ding iba pang mga isyu tulad ng mataas na gastos na kasangkot, limitadong kontrol ng parent na organisasyon at platform dependency. Ang cloud computing ay nakikita pa rin na isang magandang alternatibo para sa pangmatagalang imbakan. Gayunpaman, mukhang ang digital na impormasyong nabubuo sa buong mundo ay tiyak na nalampasan ang aming kakayahan na iimbak ito at higit pang mahusay na mga solusyon ang kailangan upang matugunan ang data delubyo na ito habang nagbibigay ng scalability upang isaalang-alang din ang mga pangangailangan sa storage sa hinaharap.
Makakatulong ba ang DNA sa pag-iimbak ng computer?
Ang aming DNA (Deoxyribonucleic acid) ay isinasaalang-alang bilang isang kapana-panabik na alternatibong daluyan para sa digital data storage. DNA ay ang self-replicating na materyal na nasa halos lahat ng buhay na organismo at ito ang bumubuo sa ating genetic na impormasyon. Isang artipisyal o sintetiko DNA ay isang matibay na materyal na maaaring gawin gamit ang mga komersyal na magagamit na oligonucleotide synthesis machine. Ang pangunahing benepisyo ng DNA ay ang mahabang buhay nito bilang a DNA ay tumatagal ng 1000 beses na mas mahaba kaysa sa silicon (silicon-chip - ang materyal na ginagamit para sa pagtatayo mga computer). Nakapagtataka, isang solong cubic millimeter lang ng DNA maaaring magkaroon ng isang quintillion ng bytes ng data! DNA ay isa ring ultracompact na materyal na hindi kailanman bumababa at maaaring itago sa isang malamig, tuyo na lugar sa loob ng daan-daang siglo. Ang ideya ng paggamit ng DNA para sa imbakan ay matagal nang umiral noong 1994. Ang pangunahing dahilan ay ang katulad na paraan kung saan ang impormasyon ay iniimbak sa isang computer at sa ating DNA – dahil parehong nag-iimbak ng mga blueprint ng impormasyon. Iniimbak ng computer ang lahat ng data bilang 0s at 1s at iniimbak ng DNA ang lahat ng data ng isang buhay na organismo gamit ang apat na base – thymine (T), guanine (G), adenine (A) at cytosine (C). Samakatuwid, ang DNA ay maaaring tawaging isang karaniwang storage device, tulad ng isang computer, kung ang mga base na ito ay maaaring katawanin bilang 0s (base A at C) at 1s (base T at G). Ang DNA ay matigas at pangmatagalan, ang pinakasimpleng pagmuni-muni ay ang aming genetic code - ang blueprint ng lahat ng aming impormasyon na nakaimbak sa DNA - ay mahusay na naipapasa mula sa isang henerasyon patungo sa susunod sa paulit-ulit na paraan. Lahat ng mga higante ng software at hardware ay masigasig sa paggamit ng synthetic DNA para sa pag-iimbak ng napakaraming halaga upang makamit ang kanilang layunin sa paglutas ng pangmatagalang archival ng data. Ang ideya ay i-convert muna ang computer code 0s at 1s sa DNA code (A, C, T, G), ang na-convert na DNA code ay gagamitin upang makagawa ng mga sintetikong hibla ng DNA na maaaring ilagay sa malamig na imbakan. Sa tuwing kinakailangan, ang mga DNA strand ay maaaring alisin mula sa malamig na imbakan at ang kanilang impormasyon ay na-decode gamit ang DNA sequencing machine at ang DNA sequence ay sa wakas ay isinalin pabalik sa binary computer na format na 1s at 0s upang mabasa sa computer.
Ipinakita na1 na ang ilang gramo lamang ng DNA ay maaaring mag-imbak ng quintillion byte ng data at panatilihin itong buo hanggang sa 2000 taon. Gayunpaman, ang simpleng pag-unawa na ito ay nahaharap sa ilang mga hamon. Una, medyo mahal at napakabagal din ang pagsulat ng data sa DNA ie ang aktwal na conversion ng 0s at 1s sa mga base ng DNA (A, T, C, G). Pangalawa, kapag ang data ay "nakasulat" sa DNA, mahirap na maghanap at kumuha ng mga file at nangangailangan ng isang pamamaraan na tinatawag na DNA sequencing – proseso ng pagtukoy ng tiyak na pagkakasunud-sunod ng mga base sa loob ng a DNA molecule -pagkatapos nito ang data ay i-decode pabalik sa 0s at 1s.
Ang isang kamakailang pag-aaral2 ng mga siyentipiko mula sa Microsoft Research at ang Unibersidad ng Washington ay nakamit ang isang "random na pag-access" sa imbakan ng DNA. Ang aspetong "random access" ay napakahalaga dahil nangangahulugan ito na ang impormasyon ay maaaring ilipat sa o mula sa lugar (karaniwan ay isang memorya) kung saan ang bawat lokasyon, saanman sa pagkakasunud-sunod at maaaring direktang ma-access. Gamit ang diskarteng ito ng random na pag-access, ang mga file ay maaaring makuha mula sa imbakan ng DNA sa isang piling paraan kumpara sa naunang paraan, kapag ang naturang pagkuha ay nangangailangan ng pangangailangan na i-sequence at i-decode ang isang buong dataset ng DNA upang mahanap at kunin ang ilang mga file na gusto ng isa. Ang kahalagahan ng "random na pag-access" ay higit na itinataas kapag ang dami ng data ay tumaas at nagiging malaki habang binabawasan nito ang dami ng pagkakasunud-sunod na kailangang gawin. Ito ay sa unang pagkakataon na ang random na pag-access ay ipinakita sa napakalaking sukat. Nakabuo din ang mga mananaliksik ng algorithm para sa pag-decode at pagpapanumbalik ng data nang mas mahusay na may higit na pagpaparaya sa mga error sa data na ginagawang mas mabilis din ang sequencing procedure. Mahigit sa 13 milyong sintetikong DNA oligonucleotides ang na-encode sa pag-aaral na ito na data na may sukat na 200MB na binubuo ng 35 file (naglalaman ng video, audio, mga imahe at teksto) na may sukat mula 29KB hanggang 44MB. Ang mga file na ito ay nakuhang isa-isa nang walang mga error. Gayundin, ang mga may-akda ay gumawa ng mga bagong algorithm na mas matatag at mapagparaya sa error sa pagsulat at pagbabasa ng mga pagkakasunud-sunod ng DNA. Ang pag-aaral na ito ay inilathala sa Kalikasan Biotechnology sa isang malaking pagsulong na nagpapakita ng isang mabubuhay, malakihang sistema para sa pag-iimbak at pagkuha ng DNA.
Ang sistema ng pag-iimbak ng DNA ay mukhang napaka-akit dahil mayroon itong mataas na density ng data, mataas na katatagan at madaling iimbak ngunit malinaw na marami itong mga hamon bago ito mapagtibay sa pangkalahatan. Ang ilang mga kadahilanan ay ang oras at labor-intensive na pag-decode ng DNA (ang sequencing) at pati na rin ang synthesis ng DNA. Ang pamamaraan ay nangangailangan ng higit na katumpakan at mas malawak na saklaw. Kahit na ang mga pag-unlad ay ginawa sa lugar na ito ang eksaktong format kung saan ang data ay maiimbak sa pangmatagalang bilang DNA ay umuunlad pa rin. Nangako ang Microsoft na pagbutihin ang paggawa ng sintetikong DNA at tugunan ang mga hamon sa disenyo ng isang ganap na pagpapatakbo DNA storage system sa 2020.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
1. Erlich Y at Zielinski D 2017. Binibigyang-daan ng DNA Fountain ang isang matatag at mahusay na arkitektura ng imbakan. Agham. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Random na pag-access sa malakihang imbakan ng data ng DNA. Kalikasan Biotechnology. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
