विस्तारित वर्णमाला, सटीक अनुक्रमण डीएनए को अगला डेटा संग्रहण समाधान बनाता है

मार्च 04, 2022

(नैनोवेर्क समाचार) कल्पना करें कि बाख का “सेलो सुइट नं. 1 ”डीएनए के एक स्ट्रैंड पर खेला गया।

यह परिदृश्य उतना असंभव नहीं है जितना लगता है। लयबद्ध स्ट्रम या स्लाइडिंग बॉलस्ट्रिंग का सामना करने के लिए बहुत छोटा, डीएनए ऑडियो फाइलों और अन्य सभी प्रकार के मीडिया को संग्रहीत करने के लिए एक पावरहाउस है।

“डीएनए प्रकृति की मूल डेटा भंडारण प्रणाली है। हम इसका उपयोग किसी भी तरह के डेटा को स्टोर करने के लिए कर सकते हैं: चित्र, वीडियो, संगीत – कुछ भी, ”बेकमैन इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड साइंस एंड टेक्नोलॉजी के एक शोधकर्ता और इस अध्ययन के सह-लेखक कासरा तबताबाई ने कहा।

डीएनए की आणविक संरचना का विस्तार करना और एक सटीक नई अनुक्रमण पद्धति विकसित करना एक बहु-संस्थागत टीम को डबल हेलिक्स को एक मजबूत, टिकाऊ डेटा स्टोरेज प्लेटफॉर्म में बदलने में सक्षम बनाता है।

टीम का पेपर में दिखाई दिया नैनो पत्र (“न्यूरल नेटवर्क नैनोपोर रीडआउट प्रोसेसिंग के साथ डीएनए-आधारित डेटा स्टोरेज सिस्टम के आणविक वर्णमाला का विस्तार”)।

डिजिटल जानकारी के युग में, दैनिक समाचारों को नेविगेट करने के लिए पर्याप्त बहादुर किसी को भी लगता है कि वैश्विक संग्रह दिन-ब-दिन भारी होता जा रहा है। अंतरिक्ष को बचाने और प्राकृतिक आपदाओं से जानकारी की रक्षा करने के लिए कागजी फाइलों को तेजी से डिजिटल किया जा रहा है।

वैज्ञानिकों से लेकर सोशल मीडिया प्रभावितों तक, कोई भी व्यक्ति जिसके पास स्टोर करने की जानकारी है, एक सुरक्षित, टिकाऊ डेटा लॉक बॉक्स से लाभान्वित होता है – और डबल हेलिक्स बिल में फिट बैठता है।

“डीएनए सबसे अच्छे विकल्पों में से एक है, यदि सबसे अच्छा विकल्प नहीं है, तो विशेष रूप से अभिलेखीय डेटा को संग्रहीत करने के लिए,” चाओ पैन ने कहा, इलिनोइस विश्वविद्यालय अर्बाना-शैंपेन में स्नातक छात्र और इस अध्ययन के एक सह-लेखक।

इसकी दीर्घायु केवल स्थायित्व द्वारा प्रतिद्वंद्वी है, डीएनए को पृथ्वी की सबसे कठोर परिस्थितियों के मौसम के लिए डिज़ाइन किया गया है – कभी-कभी दसियों हज़ार वर्षों तक – और एक व्यवहार्य डेटा स्रोत बना रहता है। वैज्ञानिक आनुवंशिक इतिहास को उजागर करने और लंबे समय से खोए हुए परिदृश्य में जीवन को सांस लेने के लिए जीवाश्मित किस्में अनुक्रमित कर सकते हैं।

अपने छोटे कद के बावजूद, डीएनए कुछ हद तक डॉ। कुख्यात पुलिस बॉक्स कौन है: अंदर से जितना दिखता है उससे बड़ा।

“हर दिन, इंटरनेट पर कई पेटाबाइट डेटा उत्पन्न होते हैं। उस डेटा को स्टोर करने के लिए केवल एक ग्राम डीएनए ही पर्याप्त होगा। इस तरह से घने डीएनए एक भंडारण माध्यम के रूप में होता है, ”ताबाताबाई ने कहा, जो पांचवें वर्ष का पीएच.डी. भी है। छात्र।

डीएनए का एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू इसकी प्राकृतिक बहुतायत और निकट-अनंत नवीकरणीयता है, एक विशेषता जिसे आज बाजार पर सबसे उन्नत डेटा स्टोरेज सिस्टम द्वारा साझा नहीं किया गया है: सिलिकॉन माइक्रोचिप्स, जो अक्सर लैंडफिल्ड ई के ढेर में एक अनौपचारिक दफन से पहले सिर्फ दशकों तक प्रसारित होते हैं। -बेकार।

“ऐसे समय में जब हम अभूतपूर्व जलवायु चुनौतियों का सामना कर रहे हैं, टिकाऊ भंडारण प्रौद्योगिकियों के महत्व को कम करके आंका नहीं जा सकता है। डीएनए रिकॉर्डिंग के लिए नई, हरित प्रौद्योगिकियां उभर रही हैं जो भविष्य में आणविक भंडारण को और भी महत्वपूर्ण बना देंगी, ”ओल्गिका मिलेंकोविक ने कहा, इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के फ्रैंकलिन डब्ल्यू। वोल्टगे प्रोफेसर और अध्ययन पर एक सह-पीआई।

डेटा भंडारण के भविष्य की कल्पना करते हुए, अंतःविषय टीम ने डीएनए के सहस्राब्दी पुराने एमओ की जांच की। फिर, शोधकर्ताओं ने अपना 21 वीं सदी का मोड़ जोड़ा।

प्रकृति में, डीएनए के प्रत्येक स्ट्रैंड में चार रसायन होते हैं – एडेनिन, गुआनिन, साइटोसिन, और थाइमिन – जिन्हें अक्सर प्रारंभिक ए, जी, सी, और टी द्वारा संदर्भित किया जाता है। वे डबल हेलिक्स के साथ संयोजन में खुद को व्यवस्थित और पुनर्व्यवस्थित करते हैं जिसे वैज्ञानिक डीकोड कर सकते हैं , या अनुक्रम, अर्थ बनाने के लिए।

शोधकर्ताओं ने मौजूदा चार-अक्षर लाइनअप में सात सिंथेटिक न्यूक्लियोबेस जोड़कर सूचना भंडारण के लिए डीएनए की पहले से ही व्यापक क्षमता का विस्तार किया।

“अंग्रेजी वर्णमाला की कल्पना करो। यदि आपके पास उपयोग करने के लिए केवल चार अक्षर होते, तो आप केवल इतने ही शब्द बना सकते थे। यदि आपके पास पूर्ण वर्णमाला होती, तो आप असीमित शब्द संयोजन बना सकते थे। डीएनए के साथ भी ऐसा ही है। शून्य और एक को ए, जी, सी और टी में बदलने के बजाय, हम शून्य और एक को ए, जी, सी, टी और स्टोरेज वर्णमाला के सात नए अक्षरों में बदल सकते हैं, ”तबाताबाई ने कहा।

चूंकि यह टीम डीएनए में सूचना भंडारण के लिए रासायनिक रूप से संशोधित न्यूक्लियोटाइड का उपयोग करने वाली पहली टीम है, इसलिए सदस्यों ने एक अनूठी चुनौती के आसपास नवाचार किया: सभी मौजूदा तकनीक रासायनिक रूप से संशोधित डीएनए स्ट्रैंड की व्याख्या करने में सक्षम नहीं हैं। इस समस्या को हल करने के लिए, उन्होंने मशीन लर्निंग और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस को मिलाकर अपनी तरह का पहला डीएनए सीक्वेंस रीडआउट प्रोसेसिंग मेथड विकसित किया।

उनका समाधान संशोधित रसायनों को प्राकृतिक से अलग कर सकता है, और सात नए अणुओं में से प्रत्येक को एक दूसरे से अलग कर सकता है।

“हमने 11 न्यूक्लियोटाइड्स के 77 विभिन्न संयोजनों की कोशिश की, और हमारी विधि उनमें से प्रत्येक को पूरी तरह से अलग करने में सक्षम थी,” पैन ने कहा। “विभिन्न न्यूक्लियोटाइड की पहचान करने के लिए हमारी पद्धति के हिस्से के रूप में गहन शिक्षण ढांचा सार्वभौमिक है, जो कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए हमारे दृष्टिकोण की सामान्यता को सक्षम बनाता है।”

यह अक्षर-परिपूर्ण अनुवाद नैनोपोर्स के सौजन्य से आता है: बीच में एक उद्घाटन के साथ प्रोटीन जिसके माध्यम से एक डीएनए स्ट्रैंड आसानी से गुजर सकता है। उल्लेखनीय रूप से, टीम ने पाया कि नैनोपोर्स डीएनए स्ट्रैंड के साथ प्रत्येक व्यक्तिगत मोनोमर इकाई का पता लगा सकते हैं और उन्हें अलग कर सकते हैं – चाहे इकाइयों में प्राकृतिक या रासायनिक उत्पत्ति हो।

जेम्स इकोनॉमी प्रोफेसर ऑफ मैटेरियल्स चार्ल्स श्रोएडर ने कहा, “यह काम गैर-प्राकृतिक रसायन शास्त्रों में मैक्रोमोलेक्यूलर डेटा स्टोरेज को विस्तारित करने का एक रोमांचक सबूत-सिद्धांत प्रदर्शन प्रदान करता है, जो गैर-पारंपरिक भंडारण मीडिया में भंडारण घनत्व में भारी वृद्धि करने की क्षमता रखता है।” इस अध्ययन पर विज्ञान और इंजीनियरिंग और एक सह-पीआई।

आनुवंशिक जानकारी को संग्रहीत करके डीएनए ने सचमुच इतिहास रच दिया। इस अध्ययन के अनुसार, डेटा स्टोरेज का भविष्य डबल-हेलिकल जैसा है।

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