Microsoft показала первое в мире автоматическое хранилище данных в молекулах ДНК

Исследователи из компании Microsoft и Вашингтонского университета продемонстрировали первую полностью автоматизированную систему хранения данных в искусственно созданной ДНК с возможностью считывания. Об этом говорится в сообщении Microsoft.

Как отмечается в сообщении, это ключевой шаг на пути к переносу новой технологии из исследовательских лабораторий в коммерческие центры обработки данных.

Разработчики подтвердили концепцию с помощью простого теста: успешно закодировали слово «hello» во фрагментах синтетической молекулы ДНК и преобразовали его обратно в цифровые данные, используя полностью автоматизированную сквозную систему, которая описана в статье, опубликованной 21 марта в Nature Scientific Reports.

В молекулах ДНК можно хранить цифровую информацию с очень высокой плотностью, то есть в физическом пространстве, которое на много порядков меньше, чем занимают современные центры обработки данных. Это одно из многообещающих решений для хранения огромного количества данных, которые мир генерирует каждый день, — от деловых записей и видео с милыми животными до медицинских снимков и изображений из космоса.

Microsoft изучает способы преодоления потенциального разрыва между объемом данных, которые мы производим и хотим сохранять, и нашей способностью их хранить. В число таких способов входит разработка алгоритмов и технологий молекулярных вычислений для кодирования данных в искусственных ДНК. Это позволило бы вместить всю информацию, хранящуюся в крупном современном центре обработки данных, в пространство, примерно равное размеру нескольких игральных костей.

«Наша главная цель — запустить в эксплуатацию систему, которая для конечного пользователя будет выглядеть почти так же, как и любая другая система облачного хранения: сведения отправляются в центр обработки данных и сохраняются там, а затем просто появляются, когда понадобятся клиенту, — говорит старший исследователь Microsoft Карин Штраус. — Для этого нам нужно было доказать, что это имеет практический смысл с точки зрения автоматизации».

Информация хранится в синтетических молекулах ДНК, созданных в лаборатории, а не в ДНК людей или других живых существ, и может быть зашифрована перед отправкой в систему. Хотя сложные машины, такие как синтезаторы и секвенсоры, уже выполняют ключевые части процесса, многие из промежуточных этапов до сих пор требовали ручного труда в исследовательской лаборатории. «Это не подходит для коммерческого использования», — сказал Крис Такахаши, старший научный сотрудник Школы информатики и техники имени Пола Аллена в Университете США (Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering).

Чтобы этот метод хранения данных имел смысл с коммерческой точки зрения, необходимо снизить затраты как на синтез ДНК — создание фундаментальных строительных блоков со значимыми последовательностями, так и на процесс секвенирования, который необходим для считывания сохраненной информации. Исследователи говорят, что в этом направлении идет стремительное развитие.

По словам исследователей из Microsoft, автоматизация — еще одна ключевая часть этой головоломки, позволяющая организовать хранение данных в коммерческом масштабе и сделать его более доступным.

При соблюдении определенных условий ДНК может существовать гораздо дольше, чем современные средства архивного хранения, которые разрушаются в течение десятилетий. Некоторым ДНК удалось сохраниться в далеких от идеала условиях в течение десятков тысяч лет — в бивнях мамонта и в костях ранних людей. Значит, данные можно хранить таким способом, пока существует человечество.

Автоматизированная система хранения данных ДНК использует программное обеспечение, разработанное специалистами Microsoft и Вашингтонского университета (UW). Оно преобразует единицы и нули цифровых данных в последовательности нуклеотидов (A, T, C и G), представляющие собой «строительные блоки» ДНК. Затем система использует недорогое, в основном стандартное, лабораторное оборудование для подачи необходимых жидкостей и реагентов в синтезатор, который собирает изготовленные фрагменты ДНК и помещает их в емкость для хранения.

Когда системе необходимо извлечь информацию, она добавляет другие химические вещества для правильной подготовки ДНК и использует микрофлюидные насосы для проталкивания жидкостей в те части системы, которые считывают последовательности молекул ДНК и преобразуют их обратно в информацию, понятную компьютеру. Исследователи говорят, что целью проекта было не доказать, что система может работать быстро или дешево, а просто показать, что автоматизация возможна.

Одно из самых очевидных преимуществ автоматизированной системы хранения ДНК заключается в том, что она освобождает ученых для решения сложных задач, позволяя не тратить время на поиск бутылок с реагентами или монотонное добавление капель жидкости в пробирки.

«Наличие автоматизированной системы для выполнения повторяющейся работы позволяет сотрудникам лабораторий заниматься непосредственно исследованиями, разрабатывать новые стратегии, чтобы внедрять инновации быстрее», — отметил исследователь из Microsoft Бихлин Нгуен.

* * *


* * *