«नमस्ते»! डीएनए अणुओं में दुनिया का पहला स्वचालित डेटा वेयरहाउस

माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कृत्रिम रूप से बनाए गए डीएनए में पहले पूरी तरह से स्वचालित रीड-ओनली डीएनए प्रणाली का प्रदर्शन किया है। यह अनुसंधान प्रयोगशालाओं से व्यावसायिक डेटा केंद्रों तक नई तकनीक को स्थानांतरित करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।

डेवलपर्स ने एक सरल परीक्षण के साथ अवधारणा की पुष्टि की: उन्होंने एक सिंथेटिक डीएनए अणु के टुकड़ों में "हैलो" शब्द को सफलतापूर्वक एन्कोड किया और इसे पूरी तरह से स्वचालित एंड-टू-एंड सिस्टम का उपयोग करके डिजिटल डेटा में वापस बदल दिया, जिसका वर्णन प्रकृति वैज्ञानिक रिपोर्ट में 21 मार्च को प्रकाशित एक लेख में किया गया है।

डीएनए अणुओं में, आप डिजिटल जानकारी को भौतिक स्थान में, जो कि भौतिक डेटा केंद्रों की तुलना में छोटे परिमाण के कई ऑर्डर हैं, पर बहुत अधिक घनत्व के साथ संग्रहीत कर सकते हैं। यह एक बड़ी मात्रा में डेटा संग्रहीत करने के लिए आशाजनक समाधानों में से एक है जो दुनिया हर दिन उत्पन्न करता है, व्यापार रिकॉर्ड और वीडियो के साथ प्यारे जानवरों से चिकित्सा छवियों और अंतरिक्ष से चित्र।

Microsoft उन डेटा की मात्रा के बीच संभावित अंतर को पाटने के तरीकों की खोज कर रहा है जो हम उत्पादित करते हैं और इसे संग्रहीत करने की हमारी क्षमता और स्टोर करना चाहते हैं। इन विधियों में से आणविक कंप्यूटिंग एल्गोरिदम और कृत्रिम डीएनए में डेटा एन्कोडिंग के लिए प्रौद्योगिकियों का विकास है। यह एक बड़े आधुनिक डेटा सेंटर में संग्रहीत सभी जानकारी को कई पासा के आकार के बराबर अंतरिक्ष में फिट करने की अनुमति देगा।

"हमारा मुख्य लक्ष्य एक ऐसी प्रणाली का संचालन करना है जो अंतिम उपयोगकर्ता के लिए लगभग किसी भी अन्य क्लाउड स्टोरेज सिस्टम के समान दिखाई देगा: जानकारी को डेटा सेंटर में भेजा जाता है और वहां संग्रहीत किया जाता है, और तब बस तब दिखाई देता है जब क्लाइंट को इसकी आवश्यकता होती है," वरिष्ठ कहते हैं माइक्रोसॉफ्ट के शोधकर्ता करिन स्ट्रॉस। "इसके लिए, हमें यह साबित करने की आवश्यकता है कि यह स्वचालन के दृष्टिकोण से व्यावहारिक समझ में आता है।"

जानकारी को प्रयोगशाला में बनाए गए सिंथेटिक डीएनए अणुओं में संग्रहीत किया जाता है, न कि मनुष्यों या अन्य जीवित चीजों के डीएनए में, और सिस्टम में भेजे जाने से पहले एन्क्रिप्ट किया जा सकता है। यद्यपि जटिल मशीन, जैसे सिंथेसाइज़र और सीक्वेंसर, पहले से ही प्रक्रिया के प्रमुख भागों का प्रदर्शन करते हैं, कई मध्यवर्ती चरणों में अभी भी अनुसंधान प्रयोगशाला में मैनुअल श्रम की आवश्यकता होती है। "यह व्यावसायिक उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है," यूएस यूनिवर्सिटी ऑफ कंप्यूटर साइंस एंड टेक्नोलॉजी में पॉल एलन स्कूल ऑफ कंप्यूटर साइंस एंड इंजीनियरिंग के एक वरिष्ठ साथी क्रिस ताकाहाशी ने कहा।

ताकाहाशी ने बताया, "ड्रॉपर वाले लोग डेटा सेंटर के आसपास नहीं जा सकते। इस दृष्टिकोण के साथ, मानवीय त्रुटि की संभावना बहुत अधिक है, यह बहुत महंगा है और बहुत अधिक स्थान की आवश्यकता है।"

डेटा भंडारण की इस पद्धति के लिए वाणिज्यिक दृष्टिकोण से समझ बनाने के लिए, डीएनए संश्लेषण की लागत को कम करना आवश्यक है - सार्थक अनुक्रमों के साथ मौलिक भवन ब्लॉकों का निर्माण, और अनुक्रमण प्रक्रिया, जो संग्रहीत जानकारी को पढ़ने के लिए आवश्यक है। शोधकर्ताओं का कहना है कि इस दिशा में तेजी से विकास हो रहा है।

माइक्रोसॉफ्ट के शोधकर्ताओं के अनुसार, स्वचालन इस पहेली का एक अन्य महत्वपूर्ण हिस्सा है, जिससे आप वाणिज्यिक स्तर पर डेटा भंडारण को व्यवस्थित कर सकते हैं और इसे अधिक सुलभ बना सकते हैं।

कुछ शर्तों के तहत, डीएनए आधुनिक अभिलेखीय भंडारण उपकरणों की तुलना में लंबे समय तक रह सकता है जो दशकों से नष्ट हो गए हैं। कुछ डीएनए हज़ारों वर्षों तक आदर्श से दूर की स्थितियों में जीवित रहने में कामयाब रहे - मैमथ तुस्क में और प्रारंभिक मनुष्यों की हड्डियों में। तो, इस तरह से डेटा संग्रहीत किया जा सकता है, जब तक मानवता मौजूद है।

स्वचालित डीएनए स्टोरेज सिस्टम Microsoft और वाशिंगटन विश्वविद्यालय (UW) द्वारा विकसित सॉफ्टवेयर का उपयोग करता है। यह डिजिटल डेटा की इकाइयों और शून्य को न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों (ए, टी, सी और जी) में परिवर्तित करता है, जो डीएनए के "बिल्डिंग ब्लॉक" हैं। फिर सिस्टम सिंथेसाइज़र को आवश्यक तरल पदार्थ और अभिकर्मकों की आपूर्ति करने के लिए सस्ती, ज्यादातर मानक, प्रयोगशाला के उपकरणों का उपयोग करता है, जो तैयार किए गए डीएनए टुकड़े एकत्र करता है और उन्हें एक भंडारण टैंक में रखता है।

जब सिस्टम को जानकारी निकालने की आवश्यकता होती है, तो यह डीएनए को ठीक से तैयार करने के लिए अन्य रसायनों को जोड़ता है और सिस्टम के उन हिस्सों में तरल पदार्थों को धकेलने के लिए माइक्रोफ्लुइडिक पंपों का उपयोग करता है जो डीएनए अणुओं के अनुक्रमों को पढ़ते हैं और उन्हें कंप्यूटर-पठनीय जानकारी में परिवर्तित करते हैं। शोधकर्ताओं का कहना है कि परियोजना का लक्ष्य यह साबित करना नहीं था कि प्रणाली जल्दी या सस्ते में काम कर सकती है, लेकिन केवल यह दिखाने के लिए कि स्वचालन संभव है।

एक स्वचालित डीएनए भंडारण प्रणाली के सबसे स्पष्ट लाभों में से एक यह है कि यह वैज्ञानिकों को जटिल समस्याओं को हल करने के लिए मुक्त करता है, जिससे अभिकर्मक बोतलों की खोज में समय बर्बाद करने या परीक्षण ट्यूबों में तरल की बूंदों को नीरसता से जोड़ने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।

Microsoft शोधकर्ता Bihlin Nguyen ने कहा, "दोहराव कार्य करने के लिए एक स्वचालित प्रणाली होने से प्रयोगशाला कर्मचारी सीधे शोध कर सकते हैं, नई रणनीतियों को विकसित कर सकते हैं"।

आणविक सूचना प्रणाली लैब (MISL) आणविक सूचना प्रणाली प्रयोगशाला की एक टीम पहले ही प्रदर्शित कर चुकी है कि वे डीएनए में फ़लाइन फ़ोटो, अद्भुत साहित्यिक कार्य, वीडियो और अभिलेखीय रिकॉर्ड संग्रहीत कर सकते हैं और त्रुटियों के बिना इन फ़ाइलों को निकाल सकते हैं। आज तक, वे डीएनए में डेटा के 1 गीगाबाइट को बचाने में सक्षम रहे हैं, 200 एमबी के पिछले विश्व रिकॉर्ड को तोड़ते हुए।

शोधकर्ताओं ने सार्थक गणना करने के लिए तरीके भी विकसित किए हैं, जैसे कि केवल उन छवियों को खोजना और पुनर्प्राप्त करना जिनके पास एक ऐप्पल या ग्रीन बाइक है, अणुओं का उपयोग करके ऐसा करने के लिए, फ़ाइलों को डिजिटल प्रारूप में परिवर्तित किए बिना।

“यह कहना सुरक्षित है कि हम एक नए प्रकार के कंप्यूटर सिस्टम के जन्म को देख रहे हैं, जिसमें अणुओं का उपयोग डेटा संग्रहीत करने के लिए किया जाता है, और इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग नियंत्रण और प्रसंस्करण के लिए किया जाता है। यह संयोजन भविष्य के लिए बहुत ही रोचक अवसरों को खोलता है, ”वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एलन स्कूल में प्रोफेसर लुई सेसे ने कहा।

सिलिकॉन-आधारित कंप्यूटिंग सिस्टम के विपरीत, डीएनए-आधारित भंडारण और कंप्यूटिंग सिस्टम को अणुओं को स्थानांतरित करने के लिए तरल पदार्थों का उपयोग करना चाहिए। लेकिन तरल पदार्थ इलेक्ट्रॉनों से स्वाभाविक रूप से भिन्न होते हैं और उन्हें पूरी तरह से नए तकनीकी समाधान की आवश्यकता होती है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय की टीम, माइक्रोसॉफ्ट के साथ मिलकर, एक प्रोग्रामेबल सिस्टम विकसित कर रही है, जो इलेक्ट्रोड ग्रिड पर बूंदों को स्थानांतरित करने के लिए बिजली और पानी के गुणों का उपयोग करके प्रयोगशाला प्रयोगों को स्वचालित करता है। सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर की पूरी श्रृंखला, जिसे पुडल और पर्पलड्रॉप के रूप में जाना जाता है, विभिन्न तरल पदार्थों को मिश्रित, अलग, गर्मी या ठंडा कर सकता है और प्रयोगशाला प्रोटोकॉल चला सकता है।

लक्ष्य प्रयोगशाला प्रयोगों को स्वचालित करना है जो वर्तमान में मैन्युअल रूप से या महंगे तरल-हैंडलिंग रोबोट द्वारा किए जा रहे हैं और लागत को कम करते हैं।

MISL टीम के अगले चरणों में पर्पल ड्रॉप जैसी तकनीकों के साथ एक सरल एंड-टू-एंड स्वचालित प्रणाली को एकीकृत करना शामिल है, साथ ही साथ अन्य तकनीकें जो आपको डीएनए अणुओं में खोज करने की अनुमति देती हैं। शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से अपने स्वचालित प्रणाली को मॉड्यूलर बनाया है ताकि यह डीएनए संश्लेषण, अनुक्रमण और डीएनए कार्य के लिए नई तकनीकों के रूप में विकसित हो सके।

गुयेन ने कहा, "इस प्रणाली का एक फायदा यह है कि अगर हम किसी एक हिस्से को किसी नई, बेहतर या तेज चीज से बदलना चाहते हैं, तो हम सिर्फ एक नए हिस्से को जोड़ सकते हैं।" "यह हमें भविष्य के लिए महान लचीलापन देता है।"

शीर्ष छवि: माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पहले पूरी तरह से स्वचालित डीएनए डेटा भंडारण प्रणाली का उपयोग करके हैलो शब्द को रिकॉर्ड किया और पढ़ा । यह प्रयोगशालाओं से वाणिज्यिक डेटा केंद्रों तक नई तकनीक को स्थानांतरित करने का एक महत्वपूर्ण कदम है।