A breakthrough study takes significant step forward in the quest to develop a डीएनए-based storage system for digital data.
डिजिटल तिथि गैजेट्स पर हमारी निर्भरता के कारण आज एक घातीय दर से बढ़ रहा है और इसके लिए मजबूत दीर्घकालिक भंडारण की आवश्यकता है। डेटा संग्रहण धीरे-धीरे चुनौतीपूर्ण होता जा रहा है क्योंकि वर्तमान डिजिटल तकनीक समाधान प्रदान करने में सक्षम नहीं है। एक उदाहरण यह है कि पिछले दो वर्षों में कंप्यूटर के सभी इतिहास की तुलना में अधिक डिजिटल डेटा बनाया गया है, वास्तव में 2.5 क्विंटल बाइट {1 क्विंटिलियन बाइट = 2,500,000 टेराबाइट्स (टीबी) = 2,500,000,000 गीगाबाइट (जीबी)} डेटा बनाया जा रहा है। दुनिया में हर दिन। इसमें सोशल नेटवर्किंग साइट्स पर डेटा, ऑनलाइन बैंकिंग लेनदेन, कंपनियों और संगठन के रिकॉर्ड, उपग्रहों से डेटा, निगरानी, अनुसंधान, विकास आदि शामिल हैं। यह डेटा विशाल और असंरचित है। इसलिए, डेटा और इसके घातीय विकास के लिए विशाल भंडारण आवश्यकताओं से निपटने के लिए अब एक बड़ी चुनौती है, खासकर उन संगठनों और निगमों के लिए जिन्हें मजबूत दीर्घकालिक भंडारण की आवश्यकता होती है।
वर्तमान में उपलब्ध विकल्प हार्ड डिस्क, ऑप्टिकल डिस्क (सीडी), मेमोरी स्टिक, फ्लैश ड्राइव, और अधिक उन्नत टेप ड्राइव या ऑप्टिकल ब्लूरे डिस्क हैं जो लगभग 10 टेराबाइट्स (टीबी) डेटा तक स्टोर करते हैं। इस तरह के भंडारण उपकरणों का हालांकि आमतौर पर उपयोग किया जा रहा है, लेकिन इसके कई नुकसान हैं। सबसे पहले, उनके पास कम से मध्यम शेल्फ जीवन होता है और उन्हें कई दशकों तक चलने में सक्षम होने के लिए आदर्श तापमान और आर्द्रता की स्थिति में संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है और इस प्रकार विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए भौतिक भंडारण स्थानों की आवश्यकता होती है। इनमें से लगभग सभी बहुत अधिक बिजली की खपत करते हैं, भारी और अव्यवहारिक हैं और एक साधारण गिरावट में क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। उनमें से कुछ बहुत महंगे हैं, अक्सर डेटा त्रुटि से ग्रस्त हैं और इस प्रकार पर्याप्त मजबूत नहीं हैं। एक विकल्प जिसे संगठन द्वारा सार्वभौमिक रूप से स्वीकार किया गया है, उसे क्लाउड कंप्यूटिंग कहा जाता है - एक ऐसी व्यवस्था जिसमें एक कंपनी मूल रूप से अपनी सभी आईटी और डेटा भंडारण आवश्यकताओं को संभालने के लिए एक "बाहरी" सर्वर को काम पर रखती है, जिसे "क्लाउड" कहा जाता है। क्लाउड कंप्यूटिंग के प्राथमिक नुकसानों में से एक सुरक्षा और गोपनीयता के मुद्दे और हैकर्स द्वारा हमला करने की भेद्यता है। अन्य मुद्दे भी हैं जैसे उच्च लागत शामिल, मूल संगठन द्वारा सीमित नियंत्रण और प्लेटफ़ॉर्म निर्भरता। क्लाउड कंप्यूटिंग को अभी भी लंबी अवधि के भंडारण के लिए एक अच्छा विकल्प माना जाता है। हालांकि, ऐसा लगता है कि दुनिया भर में उत्पन्न होने वाली डिजिटल जानकारी निश्चित रूप से इसे स्टोर करने की हमारी क्षमता से आगे निकल रही है और भविष्य में भंडारण की जरूरतों को ध्यान में रखने के लिए स्केलेबिलिटी प्रदान करते हुए इस डेटा जलप्रलय को पूरा करने के लिए और भी मजबूत समाधान की आवश्यकता है।
क्या डीएनए कंप्यूटर स्टोरेज में मदद कर सकता है?
हमारे डीएनए (Deoxyribonucleic acid) is being considered as an exciting alternative medium for digital data storage. डीएनए is the self-replicating material present in nearly all living organisms and is what constitutes our genetic information. An artificial or synthetic डीएनए is a durable material which can be made using commercially available oligonucleotide synthesis machines. The primary benefit of DNA is its longevity as a डीएनए lasts 1000 times longer than silicon (silicon-chip – the material used for building कंप्यूटर्स) आश्चर्यजनक रूप से, केवल एक घन मिलीमीटर डीएनए can hold a quintillion of bytes of data! डीएनए 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 डीएनए – 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.
यह दिखाया गया है1 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 डीएनए sequencing – process of determining the precise order of bases within a डीएनए molecule -after which the data is decoded back to 0s and 1s.
हाल का अध्ययन2 माइक्रोसॉफ्ट रिसर्च और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने डीएनए भंडारण पर "यादृच्छिक पहुंच" हासिल की है। "रैंडम एक्सेस" पहलू बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका मतलब है कि जानकारी को स्थान से या (आमतौर पर एक मेमोरी) से स्थानांतरित किया जा सकता है जिसमें हर स्थान, चाहे वह क्रम में कहीं भी हो और सीधे पहुँचा जा सकता है। रैंडम एक्सेस की इस तकनीक का उपयोग करते हुए, फाइलों को पहले की तुलना में चुनिंदा तरीके से डीएनए स्टोरेज से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, जब इस तरह की पुनर्प्राप्ति के लिए एक संपूर्ण डीएनए डेटासेट को अनुक्रमित करने और कुछ फाइलों को निकालने और निकालने की आवश्यकता होती है। "रैंडम एक्सेस" का महत्व तब और बढ़ जाता है जब डेटा की मात्रा बढ़ जाती है और बड़ी हो जाती है क्योंकि यह अनुक्रमण की मात्रा को कम कर देता है जिसे करने की आवश्यकता होती है। यह पहली बार है जब इतने बड़े पैमाने पर रैंडम एक्सेस दिखाया गया है। शोधकर्ताओं ने डेटा त्रुटियों के प्रति अधिक सहनशीलता के साथ डेटा को अधिक कुशलता से डिकोड करने और पुनर्स्थापित करने के लिए एक एल्गोरिदम भी विकसित किया है जिससे अनुक्रमण प्रक्रिया भी तेज हो गई है। इस अध्ययन में 13 मिलियन से अधिक सिंथेटिक डीएनए ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स को एन्कोड किया गया था जो कि 200MB आकार का डेटा था जिसमें 35 फाइलें (वीडियो, ऑडियो, चित्र और टेक्स्ट युक्त) थीं, जिनका आकार 29KB से 44MB तक था। इन फ़ाइलों को बिना किसी त्रुटि के व्यक्तिगत रूप से पुनर्प्राप्त किया गया था। इसके अलावा, लेखकों ने नए एल्गोरिदम तैयार किए हैं जो डीएनए अनुक्रमों को लिखने और पढ़ने में अधिक मजबूत और त्रुटि सहिष्णु हैं। में प्रकाशित यह अध्ययन प्रकृति जैव प्रौद्योगिकी एक प्रमुख प्रगति में डीएनए भंडारण और पुनर्प्राप्ति के लिए एक व्यवहार्य, बड़े पैमाने पर प्रणाली दिखा रहा है।
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 डीएनए. 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 डीएनए is still evolving. Microsoft has vowed to improve production of synthetic DNA and address the challenges to design a fully operational डीएनए 2020 तक स्टोरेज सिस्टम
***
{आप उद्धृत स्रोतों की सूची में नीचे दिए गए डीओआई लिंक पर क्लिक करके मूल शोध पत्र पढ़ सकते हैं}
स्रोत (रों)
1. एर्लिच वाई और ज़िलिंस्की डी 2017. डीएनए फाउंटेन एक मजबूत और कुशल भंडारण वास्तुकला को सक्षम बनाता है। विज्ञान। 355(6328)। https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. ऑर्गेनिक एल एट अल। 2018 बड़े पैमाने पर डीएनए डेटा स्टोरेज में रैंडम एक्सेस। प्रकृति जैव प्रौद्योगिकी। 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
