A breakthrough study takes significant step forward in the quest to develop a DNA-based storage system for digital data.
ດິຈິຕອນ ຂໍ້ມູນ 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 ຄອມພິວເຕີ, 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.
ທາງເລືອກທີ່ມີຢູ່ໃນປັດຈຸບັນແມ່ນຮາດດິດ, ແຜ່ນ optical (CDs), ຫນ່ວຍຄວາມຈໍາ, flash drives, ແລະ tapes drive ທີ່ກ້າວຫນ້າຫຼືແຜ່ນ optical BluRay ທີ່ເກັບຮັກສາຂໍ້ມູນປະມານ 10 Terabytes (TB). ອຸປະກອນເກັບຮັກສາດັ່ງກ່າວເຖິງແມ່ນວ່າຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍທົ່ວໄປມີຂໍ້ເສຍປຽບຫຼາຍ. ກ່ອນອື່ນ ໝົດ, ພວກມັນມີອາຍຸການເກັບຮັກສາຕໍ່າຫາປານກາງແລະພວກມັນຕ້ອງຖືກເກັບໄວ້ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂອຸນຫະພູມແລະຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ເຫມາະສົມເພື່ອໃຫ້ສາມາດຢູ່ໄດ້ຫຼາຍສິບປີແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຕ້ອງການພື້ນທີ່ເກັບຮັກສາທາງດ້ານຮ່າງກາຍທີ່ຖືກອອກແບບພິເສດ. ເກືອບທັງຫມົດເຫຼົ່ານີ້ບໍລິໂພກພະລັງງານຫຼາຍ, bulky ແລະ impractical ແລະສາມາດເສຍຫາຍໃນການຫຼຸດລົງງ່າຍດາຍ. ບາງສ່ວນຂອງພວກເຂົາແມ່ນລາຄາແພງຫຼາຍ, ມັກຈະ plagued ກັບຄວາມຜິດພາດຂໍ້ມູນແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງບໍ່ເຂັ້ມແຂງພຽງພໍ. ທາງເລືອກທີ່ໄດ້ຮັບການຍອມຮັບຈາກອົງການຈັດຕັ້ງທົ່ວໄປເອີ້ນວ່າຄອມພິວເຕີ້ຟັງ - ການຈັດການທີ່ບໍລິສັດໂດຍພື້ນຖານແລ້ວຈ້າງເຄື່ອງແມ່ຂ່າຍ "ນອກ" ສໍາລັບການຈັດການຄວາມຕ້ອງການດ້ານໄອທີແລະການເກັບຮັກສາຂໍ້ມູນທັງຫມົດ, ເອີ້ນວ່າ "ຟັງ". ຫນຶ່ງໃນຂໍ້ເສຍປຽບຕົ້ນຕໍຂອງຄອມພິວເຕີ້ຟັງແມ່ນບັນຫາຄວາມປອດໄພແລະຄວາມເປັນສ່ວນຕົວແລະຄວາມອ່ອນແອທີ່ຈະໂຈມຕີໂດຍແຮກເກີ. ຍັງມີບັນຫາອື່ນໆເຊັ່ນ: ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, ການຄວບຄຸມທີ່ຈໍາກັດໂດຍອົງການຈັດຕັ້ງແມ່ແລະການຂຶ້ນກັບເວທີ. ຄອມພິວເຕີ້ຄລາວຍັງເຫັນວ່າເປັນທາງເລືອກທີ່ດີສໍາລັບການເກັບຮັກສາໃນໄລຍະຍາວ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ເບິ່ງຄືວ່າຂໍ້ມູນດິຈິຕອລທີ່ຖືກສ້າງຂຶ້ນທົ່ວໂລກແມ່ນແນ່ນອນວ່າເຮົາສາມາດເກັບມັນເກີນຄວາມສາມາດ ແລະ ຍັງມີການແກ້ໄຂທີ່ແຂງແຮງກວ່າເພື່ອຕອບສະໜອງການເກີດນໍ້າຖ້ວມຂໍ້ມູນນີ້ ໃນຂະນະທີ່ການສະໜອງການຂະຫຍາຍໄດ້ເພື່ອຄຳນຶງເຖິງຄວາມຕ້ອງການການເກັບຮັກສາໃນອະນາຄົດເຊັ່ນກັນ.
DNA ສາມາດຊ່ວຍໃນການເກັບຮັກສາຄອມພິວເຕີໄດ້ບໍ?
ຂອງພວກເຮົາ DNA (Deoxyribonucleic acid) is being considered as an exciting alternative medium for digital data storage. DNA is the self-replicating material present in nearly all living organisms and is what constitutes our genetic information. An artificial or synthetic DNA is a durable material which can be made using commercially available oligonucleotide synthesis machines. The primary benefit of DNA is its longevity as a DNA lasts 1000 times longer than silicon (silicon-chip – the material used for building ຄອມພິວເຕີ). ເຮັດໃຫ້ປະລາດ, ພຽງແຕ່ຫນຶ່ງ millimeter cubicmeter ຂອງ DNA can hold a quintillion of bytes of data! DNA 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 DNA – 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.
ມັນໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນ1 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 DNA sequencing – process of determining the precise order of bases within a DNA molecule -after which the data is decoded back to 0s and 1s.
ການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາ2 ໂດຍນັກວິທະຍາສາດຈາກການຄົ້ນຄວ້າຂອງ Microsoft ແລະມະຫາວິທະຍາໄລວໍຊິງຕັນໄດ້ບັນລຸ "ການເຂົ້າເຖິງແບບສຸ່ມ" ກ່ຽວກັບການເກັບຮັກສາ DNA. ລັກສະນະ "ການເຂົ້າເຖິງແບບສຸ່ມ" ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍເພາະວ່າມັນຫມາຍຄວາມວ່າຂໍ້ມູນສາມາດຖືກໂອນໄປຫາຫຼືຈາກສະຖານທີ່ (ໂດຍທົ່ວໄປເປັນຫນ່ວຍຄວາມຈໍາ) ໃນທຸກສະຖານທີ່, ບໍ່ວ່າບ່ອນໃດຢູ່ໃນລໍາດັບແລະສາມາດເຂົ້າເຖິງໄດ້ໂດຍກົງ. ການນໍາໃຊ້ເຕັກນິກຂອງການເຂົ້າເຖິງແບບສຸ່ມນີ້, ໄຟລ໌ສາມາດຖືກດຶງມາຈາກການເກັບຮັກສາ DNA ໃນລັກສະນະທີ່ເລືອກເມື່ອປຽບທຽບກັບກ່ອນຫນ້ານີ້, ເມື່ອການດຶງຂໍ້ມູນດັ່ງກ່າວຕ້ອງການລໍາດັບແລະຖອດລະຫັດຊຸດຂໍ້ມູນ DNA ທັງຫມົດເພື່ອຊອກຫາແລະສະກັດໄຟລ໌ຈໍານວນຫນ້ອຍທີ່ຕ້ອງການ. ຄວາມສໍາຄັນຂອງ "ການເຂົ້າເຖິງແບບສຸ່ມ" ແມ່ນສູງຂຶ້ນຕື່ມອີກເມື່ອຈໍານວນຂໍ້ມູນເພີ່ມຂຶ້ນແລະກາຍເປັນຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍຍ້ອນວ່າມັນຫຼຸດລົງຈໍານວນລໍາດັບທີ່ຕ້ອງເຮັດ. ມັນເປັນຄັ້ງທໍາອິດທີ່ການເຂົ້າເຖິງແບບສຸ່ມໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນລະດັບຂະຫນາດໃຫຍ່ດັ່ງກ່າວ. ນັກຄົ້ນຄວ້າຍັງໄດ້ພັດທະນາສູດການຄິດໄລ່ສໍາລັບການຖອດລະຫັດແລະການຟື້ນຟູຂໍ້ມູນທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນໂດຍມີຄວາມທົນທານຕໍ່ຄວາມຜິດພາດຂອງຂໍ້ມູນທີ່ເຮັດໃຫ້ຂັ້ນຕອນການລໍາດັບໄວຂຶ້ນ. ຫຼາຍກວ່າ 13 ລ້ານ oligonucleotides DNA ສັງເຄາະໄດ້ຖືກເຂົ້າລະຫັດໃນການສຶກສານີ້ເຊິ່ງເປັນຂໍ້ມູນຂະຫນາດ 200MB ປະກອບດ້ວຍ 35 ໄຟລ໌ (ປະກອບດ້ວຍວິດີໂອ, ສຽງ, ຮູບພາບແລະຂໍ້ຄວາມ) ຕັ້ງແຕ່ 29KB ຫາ 44MB. ໄຟລ໌ເຫຼົ່ານີ້ຖືກດຶງມາແຕ່ລະອັນໂດຍບໍ່ມີຂໍ້ຜິດພາດ. ນອກຈາກນີ້, ຜູ້ຂຽນໄດ້ວາງແຜນສູດການຄິດໄລ່ໃຫມ່ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມແຂງແລະທົນທານຕໍ່ຄວາມຜິດພາດໃນການຂຽນແລະການອ່ານລໍາດັບ DNA. ການສຶກສານີ້ຈັດພີມມາຢູ່ໃນ Nature Biotechnology ໃນຄວາມກ້າວຫນ້າອັນໃຫຍ່ຫຼວງທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງລະບົບຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບສໍາລັບການເກັບຮັກສາແລະການດຶງຂໍ້ມູນ DNA.
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 DNA. 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 DNA is still evolving. Microsoft has vowed to improve production of synthetic DNA and address the challenges to design a fully operational DNA ລະບົບການເກັບຮັກສາໃນປີ 2020.
***
{ທ່ານສາມາດອ່ານເອກະສານການຄົ້ນຄວ້າຕົ້ນສະບັບໄດ້ໂດຍການຄລິກທີ່ລິ້ງ DOI ທີ່ໃຫ້ໄວ້ຂ້າງລຸ່ມນີ້ໃນລາຍຊື່ແຫຼ່ງທີ່ອ້າງອີງ}
ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ (s)
1. Erlich Y ແລະ Zielinski D 2017. DNA Fountain ຊ່ວຍໃຫ້ມີສະຖາປັດຕະຍະກໍາການເກັບຮັກສາທີ່ເຂັ້ມແຂງ ແລະມີປະສິດທິພາບ. ວິທະຍາສາດ. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. ອົງການຈັດຕັ້ງ L et al. 2018. ການເຂົ້າເຖິງແບບສຸ່ມໃນການເກັບຮັກສາຂໍ້ມູນ DNA ຂະຫນາດໃຫຍ່. ເຕັກໂນໂລຊີຊີວະພາບທໍາມະຊາດ. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
