A breakthrough study takes significant step forward in the quest to develop a ԴՆԹ --based storage system for digital data.
Թվային տվյալներ is growing at an exponential rate today because of our dependency on gadgets and it requires robust long-term storage. Data storage is slowly becoming challenging because current digital technology is not able to provide a solution. An example being that more digital data has been created in the past two years than in all of history of համակարգիչ, in fact 2.5 quintillion byte {1 quintillion byte = 2,500,000 Terabytes (TB) = 2,500,000,000 Gigabytes (GB)} of data is being created every day in the world. This includes data on social networking sites, online banking transactions, records of companies and organization, data from satellites, surveillance, research, development etc. This data is huge and unstructured. Therefore, it is now a big challenge to tackle huge storage requirements for data and its exponential growth, especially for organizations and corporations who require robust long-term storage.
Ներկայումս առկա տարբերակներն են կոշտ սկավառակը, օպտիկական սկավառակները (CD), հիշողության կրիչները, ֆլեշ կրիչները և ավելի առաջադեմ ժապավենների սկավառակը կամ օպտիկական BluRay սկավառակները, որոնք պահում են մոտավորապես մինչև 10 տերաբայթ (ՏԲ) տվյալներ: Նման պահեստավորման սարքերը, թեև սովորաբար օգտագործվում են, ունեն բազմաթիվ թերություններ: Նախ, դրանք ունեն ցածր և միջին պահպանման ժամկետ, և դրանք պետք է պահվեն իդեալական ջերմաստիճանի և խոնավության պայմաններում, որպեսզի կարողանան երկար տասնամյակներ գոյատևել և այդպիսով պահանջել հատուկ նախագծված ֆիզիկական պահեստային տարածքներ: Գրեթե բոլորը մեծ էներգիա են սպառում, ծավալուն են և անիրագործելի և կարող են վնասվել պարզ անկման դեպքում: Դրանցից ոմանք շատ թանկ են, հաճախ տառապում են տվյալների սխալներով և, հետևաբար, բավականաչափ ամուր չեն: Ընտրանքը, որը համընդհանուր ընդունվել է կազմակերպության կողմից, կոչվում է ամպային հաշվողականություն. պայմանավորվածություն, որի ժամանակ ընկերությունը հիմնականում վարձում է «դրսի» սերվեր՝ իր ՏՏ և տվյալների պահպանման բոլոր պահանջները կարգավորելու համար, որը կոչվում է «ամպ»: Ամպային հաշվարկների առաջնային թերություններից են անվտանգության և գաղտնիության խնդիրներն ու խոցելիությունը հաքերների կողմից հարձակման համար: Կան նաև այլ խնդիրներ, ինչպիսիք են բարձր ծախսերը, ծնող կազմակերպության կողմից սահմանափակ վերահսկողությունը և հարթակի կախվածությունը: Cloud computing-ը դեռևս լավ այլընտրանք է համարվում երկարաժամկետ պահեստավորման համար: Այնուամենայնիվ, թվում է, թե ամբողջ աշխարհում ստեղծվող թվային տեղեկատվությունը, անշուշտ, գերազանցում է այն պահելու մեր կարողությունը, և նույնիսկ ավելի ամուր լուծումներ են անհրաժեշտ տվյալների այս ջրհեղեղին սպասարկելու համար՝ միաժամանակ ապահովելով ընդլայնելիություն՝ հաշվի առնելու նաև պահեստավորման ապագա կարիքները:
Կարո՞ղ է ԴՆԹ-ն օգնել համակարգչային պահեստավորմանը:
մեր ԴՆԹ - (Deoxyribonucleic acid) is being considered as an exciting alternative medium for digital data storage. ԴՆԹ - is the self-replicating material present in nearly all living organisms and is what constitutes our genetic information. An artificial or synthetic ԴՆԹ - is a durable material which can be made using commercially available oligonucleotide synthesis machines. The primary benefit of DNA is its longevity as a ԴՆԹ - lasts 1000 times longer than silicon (silicon-chip – the material used for building համակարգիչ): Զարմանալի է, որ ընդամենը մեկ խորանարդ միլիմետր ԴՆԹ - can hold a quintillion of bytes of data! ԴՆԹ - is also an ultracompact material which never degrades and can be stored in a cool, dry place for hundreds of centuries. The idea of using DNA for storage has been around for a long time way back to 1994. The main reason is the similar fashion in which information is being stored in a computer and in our ԴՆԹ - – since both store the blueprints of information. A computer stores all data as 0s and 1s and DNA stores all data of a living organism using the four bases – thymine (T), guanine (G), adenine (A) and cytosine (C). Therefore, DNA could be called a standard storage device, just like a computer, if these bases can be represented as 0s (bases A and C) and 1s (bases T and G). DNA is tough and long-lasting, the simplest reflection being that our genetic code – the blueprint of all our information stored in DNA – is efficiently transmitted from one generation to next in a repeated manner. All software and hardware giants are keen on using synthetic DNA for storing vast amounts to achieve their goal of solving long-term archival of data. The idea is to first convert the computer code 0s and 1s into the DNA code (A, C, T, G), the converted DNA code is then used to produce synthetic strands of DNA which can then be put into cold storage. Whenever required, DNA strands can be removed from cold storage and their information decoded using DNA sequencing machine and DNA sequence is finally translated back to binary computer format of 1s and 0s to be read on the computer.
Ցուցադրված է1 that just a few grams of DNA can store quintillion byte of data and keep it intact for up to 2000 years. However, this simple understanding has faced some challenges. Firstly, it is quite expensive and also painfully slow to write data to DNA i.e. the actual conversion of 0s and 1s to the DNA bases (A, T, C, G). Secondly, once the data is “written” onto the DNA, it is challenging to find and retrieve files and requires a technique called ԴՆԹ - sequencing – process of determining the precise order of bases within a ԴՆԹ - molecule -after which the data is decoded back to 0s and 1s.
Վերջերս ուսումնասիրությունը2 Microsoft Research-ի և Վաշինգտոնի համալսարանի գիտնականները հասել են ԴՆԹ-ի պահպանման «պատահական մուտքի»: «Պատահական մուտքի» ասպեկտը շատ կարևոր է, քանի որ դա նշանակում է, որ տեղեկատվությունը կարող է փոխանցվել այն վայրից կամ այնտեղից (ընդհանուր առմամբ հիշողություն), որտեղ յուրաքանչյուր վայր, անկախ նրանից, թե որտեղ է գտնվում հաջորդականությունը, և կարող է ուղղակիորեն մուտք գործել: Օգտագործելով պատահական մուտքի այս տեխնիկան՝ ֆայլերը կարող են վերցվել ԴՆԹ-ի պահեստից ընտրովի կերպով, համեմատած նախկինի հետ, երբ այդպիսի որոնման համար պահանջվում էր հաջորդականացնել և վերծանել ԴՆԹ-ի ամբողջ տվյալների բազան՝ գտնելու և արդյունահանելու համար ցանկալի մի քանի ֆայլերը: «Պատահական մուտքի» կարևորությունը ավելի է բարձրանում, երբ տվյալների քանակն ավելանում է և դառնում հսկայական, քանի որ այն նվազեցնում է կատարվող հաջորդականության քանակը: Պատահական մուտքն այսքան մեծ մասշտաբով առաջին անգամ է ցուցադրվում: Հետազոտողները նաև մշակել են տվյալների վերծանման և վերականգնման ալգորիթմ՝ տվյալների սխալների նկատմամբ ավելի մեծ հանդուրժողականությամբ, ինչը նույնպես ավելի արագ է դարձնում հաջորդականության ընթացակարգը: Ավելի քան 13 միլիոն սինթետիկ ԴՆԹ-ի օլիգոնուկլեոտիդներ կոդավորված են այս հետազոտության ընթացքում, որը 200 ՄԲ չափի տվյալներ է, որը բաղկացած է 35 ֆայլից (պարունակող տեսանյութ, աուդիո, պատկերներ և տեքստ), որոնց չափերը տատանվում են 29 ԿԲ-ից մինչև 44 ՄԲ: Այս ֆայլերը առբերվել են առանձին՝ առանց սխալների: Նաև հեղինակները մշակել են նոր ալգորիթմներ, որոնք ավելի ամուր և սխալ են հանդուրժում ԴՆԹ-ի հաջորդականությունները գրելիս և կարդալիս: Այս ուսումնասիրությունը հրապարակվել է Բնության կենսատեխնոլոգիա մեծ առաջընթացի մեջ, որը ցույց է տալիս ԴՆԹ-ի պահպանման և որոնման կենսունակ, լայնածավալ համակարգ:
DNA storage system looks very appealing because it is having high data density, high stability and is easy to store but it obviously has many challenges before it can be universally adopted. Few factors are time and labour-intensive decoding of the DNA (the sequencing) and also synthesis of ԴՆԹ -. The technique requires more accuracy and broader coverage. Even though advances have been made in this area the exact format in which data will be stored in the long-term as ԴՆԹ - is still evolving. Microsoft has vowed to improve production of synthetic DNA and address the challenges to design a fully operational ԴՆԹ - պահեստավորման համակարգ մինչև 2020թ.
***
{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}
Աղբյուրը (ներ)
1. Erlich Y and Zielinski D 2017. DNA Fountain-ը հնարավորություն է տալիս ամուր և արդյունավետ պահեստավորման ճարտարապետություն: Գիտություն. 355 (6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Պատահական մուտք մեծածավալ ԴՆԹ տվյալների պահպանման մեջ: Բնության կենսատեխնոլոգիա. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
