გაჯეტებზე ჩვენი დამოკიდებულება ქმნის მონაცემთა უპრეცედენტო რაოდენობით. ადამიანები ყოველწლიურად წარმოქმნიან განსაცვიფრებელ 16 ზეტაბაიტს, რაც უდრის მილიარდ ტერაბაიტს (თუ გაინტერესებთ). და შარშან კვლევის ჯგუფმა IDC იწინასწარმეტყველა, რომ 2025 წლისთვის წელიწადში 160 ზეტაბაიტზე მეტს შევქმნით.
თანამედროვე კომპიუტერები და სილიკონის ჩიპები კარგად გვემსახურებოდა, მაგრამ ყველა ამ მონაცემით მალე დაგვჭირდება იმაზე მეტი, ვიდრე მათ შეუძლიათ. უფრო სწრაფად. უფრო დიდი. Უკეთესი. მკვლევარები ეძებენ შემდეგ დიდ რამეს და ერთ-ერთი პოტენციური ახალი მასალა საკმაოდ გასაკვირია: დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, მოკლედ დნმ.
უკეთესი შენახვა
მკვლევარებმა დიდი ხანია იციან, რომ დნმ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მონაცემთა შესანახად. 1961 წელს რიჩარდ ფეინმანი საუბრობდა ქვემიკროსკოპული კომპიუტერების პოტენციალის შესახებ და ამ მიზნით დნმ-ის გამოყენების პირველი მცდელობა მოხდა 1994 წელს ლეონარდ ადლემანთან ერთად. ჩვენი გენეტიკური კოდი მრავალი თვალსაზრისით სრულყოფილად ემთხვევა კომპიუტერს. ყოველივე ამის შემდეგ, ის ინახავს გეგმას ამ პლანეტაზე ყველა ცოცხალი არსების შესაქმნელად. როგორც ბონუსი, ის არაერთხელ გადასცემს ერთი თაობიდან მეორეს წარმოუდგენელი საიმედოობით, ბევრი გენი დღეს უთვალავი თაობისთვის პრაქტიკულად უცვლელი რჩება. და თუ ფიქრობთ, რომ დნმ არის მყიფე და დელიკატური, კიდევ ერთხელ დაფიქრდით. დნმ წარმოუდგენლად ხისტი და გრძელვადიანია და, თუ სწორ პირობებში ინახება, ის ხელუხლებელი დარჩება მილიონობით წლის განმავლობაში.
ამიტომ, გასაკვირი არ არის, რომ მკვლევარები მუშაობენ დნმ-ის კომპიუტერულ შესანახად გადაქცევაზე. დნმ შეიძლება განიხილებოდეს როგორც სტანდარტული შესანახი მოწყობილობა: ორობითი კოდი მოდის ბაზების თიმინის (T), გუანინის (G), ადენინის (A) და ციტოზინის (C) გამოყენებით 1s (T და G) და 0s (A და). გ). მკვლევარებმა უკვე გაანადგურეს 1896 წლის ფრანგული ფილმი, კომპიუტერული ვირუსი, 50 დოლარიანი ამაზონის სასაჩუქრე ბარათი, შექსპირის ლექსები, მარტინ ლუთერ კინგის გამოსვლის კლიპი "მე მაქვს ოცნება" და უოტსონისა და კრიკის ნამუშევარი, რომელიც აღწერს დნმ-ის სტრუქტურას. თავად დნმ-ში, სხვა საკითხებთან ერთად.
https://youtube.com/watch? v=b9MoAQJFn_8
(L'Arrivée d'un train en gare de La Ciotat, ძმები ლუმიერების მიერ, დაშიფრულია დნმ-ში)
თუმცა, დნმ-ის მეხსიერებაში შენახული ფაილების „შენახვა“ და „გახსნა“ არ მუშაობს ზუსტად ისე, როგორც ჩვენ ვაღიარებთ. სინამდვილეში, ეს მხოლოდ წაკითხვის პროცესია ამ მომენტში და ინფორმაცია უნდა იყოს წვდომა მთლიანობაში და არა სექციებში. ამჟამინდელი კომპიუტერები რომ იყოს ასეთი, თქვენ ვერ შეძლებთ რაიმე ახალი მონაცემების შენახვას და მოგიწევთ ერთდროულად გახსნათ ყველა ფაილი საქაღალდეში.
ამ ადრეული ტექნიკის პრაქტიკულ სისტემად გადაქცევის სირთულეების მიუხედავად, ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში ინტერესი ამ სფეროს მიმართ გაიზარდა. ჯერ კიდევ 2012 წელს, ალფრ იტყობინება ზოგიერთი პირველი მცდელობა დნმ-ში მონაცემების უბრალოდ კოდირების მიღმა. სტენფორდის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა წარმატებით დაწერეს და გადაწერეს ერთი ბიტი მონაცემი ბაქტერიულ დნმ-ში. მათი მიზანი ახლა არის პროგრამირებადი გენეტიკური მონაცემების შენახვის ერთი ბიტიდან რვა ბიტამდე - ბაიტამდე გაზრდა.
შუალედში, ილინოისის უნივერსიტეტის მკვლევარები ეს ნაბიჯი გადადგა და დაშიფრა ვიკიპედიის გვერდები ექვსი ამერიკული უნივერსიტეტიდან, მანამდე კი წარმატებით იპოვნიდა და დაარედაქტირებდნენ ტექსტის ნაწილებს ამ სამი ინსტიტუტიდან დნმ-ში. ამ შემთხვევაში, მკვლევარებმა „პაროლით დაიცვეს“ ინფორმაციის თითოეული ბლოკი კონკრეტული კოდით, რათა გაადვილებულიყო სექციების მონიშვნა.
იხილეთ დაკავშირებული
იგივე მიზნის გაგრძელებით კონკრეტული სექციების პოვნა და რედაქტირება, უახლესი განვითარება მოდის საერთაშორისო თანამშრომლობა იტალიის, შვედეთისა და ირლანდიის უნივერსიტეტებს შორის, სადაც მკვლევარები სარგებლობენ ბაქტერიებით და მათი დნმ-ის მცირე რგოლებით, რომლებსაც პლაზმიდები ეწოდება. რაც მთავარია, ეს მიკროორგანიზმები „გაცვლიან“ პლაზმიდებს ერთმანეთში იმ პროცესში, რომელიც ცნობილია როგორც კონიუგაცია.
იდეა არის მონაცემების „შენახვა“ პლაზმიდებში, რომლებიც ჩარჩენილია კონკრეტულ ადგილას. ამ ფაილების „გასახსნელად“ მკვლევარები აგზავნიან მობილურ ბაქტერიებს თავიანთი ხაფანგში მოხვედრილი კოლეგების მოსანახულებლად. კონიუგაციის შემდეგ ისინი ბრუნდებიან ინფორმაციის სასურველ ნაწილებთან ერთად. „თუ ბაქტერიები ერთმანეთს მიუწვდებათ, ინფორმაცია, დნმ-ის სახით, შეიძლება დონორიდან გადავიდეს მიმღები“, - ამბობს ალბერტო ჯიარეტა, შვედეთის ორებროს უნივერსიტეტის დოქტორანტი და ამის ერთ-ერთი ავტორი. სწავლა.
„ჩვენი იდეაა შევქმნათ არქივი არამოძრავი ბაქტერიების ინფორმაციის კოდირებით [ვერ ახერხებენ თავის აწევას და, შესაბამისად, უმოძრაო]. მოგვიანებით, ამ ინფორმაციის წაკითხვა შესაძლებელია მოძრავი ბაქტერიების მიერ, რომლებიც მოლეკულური პოზიციონირების სისტემის გამოყენებით (MPS, ერთგვარი GPS) ბაქტერიები), [შეძლებენ] გადაადგილდნენ არქივისკენ, წაიკითხონ ინფორმაცია კონიუგაციის გზით და შემდეგ მიაწოდონ ასეთი ინფორმაცია მესამე პუნქტი. ”
ტრადიციის შესაბამისად, გუნდმა შექმნა დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელიც კოდირებულია შეტყობინებისთვის "Hello World", რომელიც იყო ჩასმულია ხაფანგში მყოფი ბაქტერიების ჯგუფში და წარმატებით ამოღებული კონიუგაციის შემდეგ მოძრავი ჯგუფიდან ბაქტერიები. „ჩვენ გამოვიყენეთ რამდენიმე ცნობილი ტექნიკა, მაგრამ სხვაგვარად და სხვა მიზნით - ცნობილი მოლეკულური ბიოლოგიის ტექნიკის გამოყენების ჭკვიანური გზა. ძალიან განსხვავებული აპლიკაცია“, დაამატეს ლი კოფი და ტრიონა დული-კულინანე, ირლანდიის უოტერფორდის ინსტიტუტის მკვლევარები, რომლებიც ასევე მონაწილეობდნენ ამაში. სწავლა.
მზარდი კომპიუტერები
მიუხედავად იმისა, რომ ეს, რა თქმა უნდა, შთამბეჭდავია, შენახვა არ არის დნმ-ის ერთადერთი აპლიკაცია კომპიუტერებში. წარმოუდგენელია, აჩვენეს მანჩესტერის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა დნმ-ს კი შეიძლება „ასწავლონ“ ოპერაციების შესრულება.
„ამჟამინდელი კომპიუტერები მუშაობენ კოდის წაკითხვის (მყარ დისკზე შენახული) პრინციპით და ა ბრძანება (მეხსიერების და პროცესორის გამოყენებით)“ - განმარტავს ქიმიკოსი ენდრიუ კურინი, ამის ერთ-ერთი ავტორი. სწავლა. ”ჩვენს დნმ-ის კომპიუტერს აქვს იგივე პრინციპი, გარდა იმისა, რომ ჩვენი მყარი დისკი არის დნმ-ის თანმიმდევრობა და პროცესორი არის ფერმენტი, რომელიც გამოიყენება დნმ-ის კოპირებისთვის. თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, რომ დნმ-ის შენახვა და დნმ-ის კომპიუტერები ერთად ძალიან კარგად იმუშავებენ.”
(მეცნიერი დნმ-ის ნიმუშს დებს რეალურ დროში PCR-ციკლერში. კრედიტი: Shutterstock)
რაც მთავარია, რაც განასხვავებს დნმ-ის კომპიუტერებს ჩვენი თანამედროვე მოწყობილობებისგან, არის ის, რომ მათ შეუძლიათ "იზრდნენ". არა გადატანითი მნიშვნელობით, არამედ ფაქტიურად. როდესაც დნმ ასრულებს ბრძანებას, ის იმეორებს საკუთარ თავს და აორმაგებს მოცულობას. ”ყველაფერი ხდება მილში. ცოცხალი უჯრედები არ გამოიყენება და დნმ მთლიანად სინთეზურია“, - მეუბნება კურინი. „დნმ-ის კოდი აღიარებულია დნმ-ის უფრო მოკლე ნაწილით, რომელიც შემდეგ იწვევს დნმ-ის დანარჩენი კოპირებას. კოდის ამოცნობის შემდეგ, ის შეიძლება კონკრეტულად შეიცვალოს ახალი ბრძანების შესაქმნელად. ეს კეთდება პროცესით, რომელსაც ეწოდება PCR [პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია], ფართოდ გამოყენებული ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება დნმ-ის კოპირებისთვის“.
”[ჩვენი დნმ-ის კომპიუტერი] იმეორებს თავის თავს, რომ გაჰყვეს ორივე გზას ერთდროულად, რითაც პასუხს უფრო სწრაფად პოულობს”
სიმძლავრის ამ გაზრდის შედეგები წარმოუდგენელია. თუ წარმოგიდგენიათ გამოთვლითი კითხვა, როგორც ლაბირინთი, დნმ-ის კომპიუტერები პრობლემის გადასაჭრელად სრულიად განსხვავებულ მიდგომას ატარებენ სტანდარტულ მოწყობილობებთან შედარებით. „სტანდარტ ელექტრონულ კომპიუტერებს, როდესაც ისინი მიდიან T-გადაკვეთაზე, უნდა აირჩიონ რომელი გზა აირჩიონ, მაშინ როცა [ჩვენს დნმ კომპიუტერს] არ სჭირდება არჩევანი, რადგან ის იმეორებს თავის თავს. გაჰყვე ორივე გზას ერთდროულად, რითაც უფრო სწრაფად იპოვი პასუხს“, - ამბობს ფილიპ დეი, სინთეზური ბიოლოგიისა და რაოდენობრივი გენომიკის მკითხველი უნივერსიტეტში. მანჩესტერი.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს ჰგავს მილიონობით კომპიუტერის ერთდროულად გამოყენებას პრობლემის გადასაჭრელად. ”ჩვენს დნმ-ის კომპიუტერში, თითოეული გამოთვლა წარმოდგენილია დნმ-ის ერთი ჯაჭვით, რაც საშუალებას გვაძლევს გამოვიყენოთ მრავალი ტრილიონი გამოთვლა, რომელიც ხდება ერთდროულად. ამ ტიპის დნმ-ზე დაფუძნებულ კომპიუტერს შეიძლება ჰქონდეს უზარმაზარი უპირატესობა ჩვეულებრივი კომპიუტერებთან შედარებით. ჩვენ შეგვეძლო გვქონდეს კომპიუტერები უფრო მძლავრი, ვიდრე ყველა კომპიუტერი მსოფლიოში ერთად და ჩავსვათ იგი ჯიბეში“, - განმარტავს კონსტანტინ კოროვინი, მანჩესტერის უნივერსიტეტის უფროსი ლექტორი.
დნმ ღრუბლები
დარგმა დიდი გზა გაიარა 1994 წლიდან, როდესაც ლეონარდ ადლემანი აღწერა დნმ-ის კომპიუტერის პირველი წარმატებული მაგალითი, მაგრამ ჯერ კიდევ ბევრი გამოწვევაა გადასალახი. მთელი ეს ნამუშევარი ეყრდნობა დნმ-ის ეფექტურ თანმიმდევრობას, რომელიც, მიუხედავად იმისა, რომ მან უზარმაზარი ნახტომი განიცადა 1970-იანი წლების ბოლოს დანერგვის შემდეგ, მაინც მოცულობითი და ძვირია. გარდა ამისა, ის პრობლემები, რომლებსაც დნმ-ის კომპიუტერებმა ახლავე შეუძლიათ გადაჭრა, დიდად არ გამოდგება ფეისბუქზე სურათის განსათავსებლად ან Word დოკუმენტის დასაწერად.
„ამჟამად ჩვენ გვაქვს კონცეფციის მტკიცებულება დანერგვა, მაგრამ ჩვენ გვჭირდება ტექნიკის შემდგომი განვითარება პოტენციალის მისაღწევად. ერთ-ერთი ტექნიკური გამოწვევაა დნმ-ის გამოთვლების დიდი მასშტაბის საიმედოობა და გამოთვლების დროს შეცდომების რაოდენობის მინიმუმამდე დაყვანა“, - ამბობს კოროვინი.
(ნუკლეოტიდური ბაზების კოდი დნმ-ში. კრედიტი: Shutterstock)
ამ სფეროს ძალიან საინტერესოს ხდის ის ფაქტი, რომ მსხვილი კომპანიები იწყებენ დნმ-ის შიგნით დამალული პოტენციალის შემჩნევას. Microsoft-მა ცოტა ხნის წინ გამოაცხადა თავისი ინტერესი დნმ-ის საცავების დამატება მათ ღრუბლოვან სისტემაში. „ინტერესი ტექნოლოგიის ლიდერებისგან, როგორიცაა Microsoft, და კვლევების განვითარება იმ ტემპით, რომელიც ამჟამად არის, სავარაუდოა, რომ დნმ-ის შენახვა იქნება რეალობა და ფანტაზია უახლოეს წლებში“, - აცხადებენ კოფი და დული-კულინანე.
გარკვეული დრო დასჭირდება დნმ-ზე დაფუძნებული პერსონალური კომპიუტერებისა და მობილური ტელეფონების შექმნას - თუ ოდესმე მოხდება - მაგრამ არსებობს მრავალი სხვა პოტენციური აპლიკაცია, რომელიც უკვე შორს არ არის. ”ჩვენ გვაქვს გარკვეული აზრები იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება გახდეს ხელმისაწვდომი დნმ-ის კომპიუტერები და ერთ-ერთი ასეთი იდეა არის ის, რომ ეს კომპიუტერები იქნება პირველად წვდომა ღრუბლის საშუალებით და უფრო დიდ გამოთვლით პრობლემებზე მუშაობდა“, - ნათქვამია მანჩესტერის უნივერსიტეტში ფილიპის დღე.
მაშინ არის ის, რასაც თქვენი საშუალო კომპიუტერი ვერასოდეს შეძლებს: ეს არც ისე რთულია წარმოიდგინეთ დნმ-ის კომპიუტერების შეყვანა ცოცხალ უჯრედებში არსებულ ბიოლოგიურთან შესარევად მექანიზმები. არაჩვეულებრივი მაგალითები გზაზე მოიცავს ნარკოტიკების მიწოდების ინტელექტუალური გზა მხოლოდ საჭიროების შემთხვევაში ან ა კიბოს უფრო ზუსტი გამოვლენა. თუ მეცნიერებს შეუძლიათ დაარღვიონ დნმ-ის კომპიუტერები, შეიძლება არც ისე დიდი დრო იყოს, სანამ ბუნებრივ და ხელოვნურ პროგრამირებას შორის ხაზები ბუნდოვდება.
