• Saturday July 20,2019

Penyimpanan Data DNA Bergerak Melebihi Hukum Moore

Anonim

Sepanjang beberapa dekad yang lalu, telah menjadi jelas bahawa Undang-Undang Moore telah mula bercerai. Pemerhatian tahun 1965, yang dinamakan Gordon E. Moore, menyatakan bahawa jumlah komponen pada cip seolah-olah berganda setiap tahun, tetapi kami mencapai keupayaan penyimpanan silikon.

Untuk terus menolak sempadan teknologi pengkomputeran, kita perlu memikirkan semula komponen asas komputer sendiri. Dan bidang penyimpanan DNA boleh menawarkan penyelesaian kepada masalah yang semakin meningkat di dunia digital kita: Di mana kita menyimpan berbilion-bilion gigabait data yang membentuk Internet?

"Sebahagian besar membina komputer yang lebih baik ialah mencari bahan yang lebih baik untuk membina komputer, " kata Luis Ceze, seorang profesor bersekutu di Jabatan Sains Komputer di Universiti Washington. "Jadi, silikon menjadi bahan yang hebat, tetapi ia mencapai titik di mana ia tidak jelas bahawa kita boleh terus menolak ke hadapan dengan silikon. Oleh itu, saya mendapati bahawa biologi telah berkembang banyak molekul yang berguna untuk membina komputer yang lebih baik pada masa akan datang. "

Beyond Silicon

Kemudahan arkib semasa, seperti pusat penyimpanan data Facebook baru-baru ini dibina di Oregon, menduduki seluruh gudang dan boleh menyimpan data exabyte - 1 bilion gigabait - maksimal. Itu hanya sebahagian kecil daripada keseluruhan internet, yang dijangka mencapai 16 zettabytes, atau 16, 000 exabytes, menjelang 2017.

Dengan pengekodkan maklumat menggunakan DNA, pelan tindakan untuk kehidupan di Bumi, penyelidik mengatakan bahawa mereka boleh mengambil semua maklumat itu dan muat di ruang tamu anda. Dengan mengambil maklumat dan menerjemahkannya dari 1s dan 0s pada cip komputer ke dalam empat huruf DNA, saintis boleh membuat helai DNA yang menyandarkan apa sahaja yang anda suka, dari lagu Taylor Swift ke Perpustakaan Kongres.

Untuk mencapai matlamat ini, penyelidik membina indeks yang menghubungkan empat nukleotida yang membentuk DNA (A, T, C dan G) dengan rentetan 1s dan 0s yang telah kita gunakan pada komputer kita. A synthesizer DNA mencipta helai DNA ringkas yang masing-masing memegang sebahagian daripada kod fail. Apabila semua maklumat telah ditukar kepada DNA, maklumat itu dapat disimpan dan diambil oleh pengatur DNA yang membacakan kombinasi nukleotida.

Cara yang lebih baik untuk mengodifikasi DNA

Ceze adalah sebahagian daripada pasukan penyelidik di University of Washington yang telah membangunkan kaedah pengekodan dan bacaan baru yang disimpan dalam DNA sintetik. Mereka melihat kepada alat mampatan audio yang digunakan secara meluas yang dipanggil kod Huffman, yang merupakan cara untuk menyatakan rentetan kod binari dengan cara yang lebih pendek.

Beliau mengatakan bahawa kaedah mereka membolehkan kapasiti storan yang lebih besar dengan mengurangkan redundansi - proses membuat helai berganda untuk mengira kesilapan - dan membolehkan kepingan data individu dibaca tanpa menjejaki semua DNA disimpan, sesuatu yang tidak pernah telah dilakukan. Kaedah ini termasuk "primers" unik dalam helai DNA individu yang boleh disasarkan semasa proses penjujukan untuk menyerlahkan helai tertentu. Mereka mengatakan bahawa ini meningkatkan fungsi sistem mereka, menghapuskan keperluan untuk menyusun seluruh pangkalan data hanya untuk membaca satu helai.

Sebagai bukti-konsep, pasukan itu mengodkan maklumat untuk beberapa fail imej dalam DNA sintetik dan berjaya menyusun helaian untuk menggambar semula gambar. Walaupun mereka hanya mengkodekan beberapa megabait maklumat, Ceze mengatakan bahawa proses itu dapat ditingkatkan untuk memegang pangkalan data yang lebih besar.

"Jika kita membandingkan kilat ke DNA dari segi kepadatan, atau jumlah bit dalam jumlah tertentu, DNA akan sekurang-kurangnya satu bilion kali lebih padat. Anda boleh meletakkan exabyte dalam inci padu, yang akan menjadi beberapa kiub gula, "kata Ceze.

Ceze menekankan bahawa mensintesis DNA untuk menyimpan data tidak berkaitan dengan kejuruteraan genetik. Daripada mencuba untuk menyatukan helaian DNA yang tepat untuk mencipta organisma, kaedah mereka adalah sintetik sepenuhnya.

Komputer DNA

Menyimpan data dalam helai DNA mempunyai satu kelemahan penting: ia perlahan. Tidak seperti cip komputer, yang berkomunikasi hampir dengan cahaya cahaya menggunakan elektron, penyimpanan data DNA bergantung kepada molekul bergerak secara fizikal.

Atas sebab ini, kita tidak boleh mengharapkan untuk melihat pemacu keras DNA di kedai komputer tempatan anda dalam masa terdekat, kata Ceze. Sebaliknya, beliau membayangkan menggunakan penyimpanan data DNA untuk memelihara arsip data yang besar, seperti yang digunakan oleh Facebook dan perkhidmatan storan awan, di mana kelajuan tidak begitu penting. Teknologi ini juga kekal mahal. Tetapi, berbanding lima tahun yang lalu, harga telah berkurangan mendadak, menurut Ceze. Beliau menantikan pengurangan dalam kos mensintesis dan menyusun DNA, yang akan meningkatkan kelayakan data bank DNA.

"Komputer agak mahal pada masa lalu, dan kemudian mereka lebih murah kerana terdapat permintaan untuk mereka yang menurunkan harga. Oleh itu, penyimpanan DNA mewujudkan lebih banyak permintaan [untuk sintesis dan penjujukan DNA] di luar industri biomedikal, yang akan mendorong harga turun, "kata Ceze.


Artikel Yang Menarik

Pendakwa kepada Pengasas 4Chan: Tolong Terangkan Maksud  "Rickroll "

Pendakwa kepada Pengasas 4Chan: Tolong Terangkan Maksud "Rickroll "

Apabila seorang lelaki Tennessee menggodam akaun e-mel Sarah Palin dan menulis tentang eksploitasinya di forum 4chan, penyiasat persekutuan meminta pengasas laman web Christopher "Moot" Poole untuk log server. Kesaksian Mahkamah dari April dan diterbitkan semalam menunjukkan bahawa pendakwa raya persekutuan mempunyai pertanyaan lain yang menekan untuk Poole: sebagai contoh, arti "peeps" dan "rickroll

Jurutera burung kecil merasakan perikatan antara elang dan treeshrew

Jurutera burung kecil merasakan perikatan antara elang dan treeshrew

Di Pulau Nicobar, di Lautan Hindi, parti berburu yang paling luar biasa mencari makanan. Melalui cawangan-cawangan hutan, nicobar Nicobar kecil membelit mencari seekor serangga. Mereka diikuti oleh drongo-ekor raket, seekor burung kecil yang memetik morsel berair yang dipancarkan oleh treeshrews. Setakat ini, ini tidak lazim - banyak makanan ternakan yang jauh berbeza, sama ada kerana mereka lebih bersih makanan atau kerana mereka boleh memerhatikan pemangsa

Breaking the Link - Darwinius mendedahkan sebagai nenek moyang apa-apa

Breaking the Link - Darwinius mendedahkan sebagai nenek moyang apa-apa

Buangkan minda anda kembali ke bulan Jun, apabila binatang fosil yang dinamakan Darwinius (alternatif Ida atau "The Link") telah diumumkan kepada dunia untuk kegembiraan dan keadaan yang luar biasa. Iklan hiperbola mengisytiharkan hari penemuan Ida sebagai yang paling penting untuk 47 juta tahun

Eau de Manipulation: Nyamuk Malarial Lebih Menarik Untuk Aromatik Manusia

Eau de Manipulation: Nyamuk Malarial Lebih Menarik Untuk Aromatik Manusia

Pada masa anda menyedari apa yang telah berlaku, sudah terlambat. Nyamuk Anopheles gambiae boleh mendarat di kulit anda tanpa disedari. Walaupun anda terus tidak menyedari, dia diam-diam berjalan di atas daging terdedah anda, mencari, menyelidik permukaan kulit anda dengan proboscisnya sehingga dia mendapati saluran darah

Storm Solar Powerful Dapat Menjana Aurora Malam yang Menakjubkan

Storm Solar Powerful Dapat Menjana Aurora Malam yang Menakjubkan

Jika anda pergi ke luar malam ini dan melihat, anda dapat menyaksikan kesan-kesan yang mempesonakan daripada cuaca celestial yang sangat teruk. Pusat Prediksi Cuaca Angkasa di NOAA mengeluarkan isyarat pagi ini amaran ribut geomagnetik "Kuat" yang menyerap kawasan atas atmosfera kita. Gelombang elektron yang dihasilkan dapat mencetuskan penggera pada beberapa sistem kuasa di latitud tinggi dan membuang sistem navigasi satelit, tetapi kesan yang paling jelas harus menjadi kehadiran auroras yang megah yang menjangkau benua Amerika Syarikat