குழந்தைகளின் விளையாட்டை டி.என்.ஏ வரிசைப்படுத்தும் கேஜெட்

பிசி ஜனநாயகமயமாக்கப்பட்ட கம்ப்யூட்டிங்கை மினியன் விரிசல் மக்களுக்கு திறந்த பயோடெக். இந்த புதிய சக்தியுடன் நாம் என்ன செய்வோம்?

மினியன் (ஆக்ஸ்போர்டு நானோபூரின் மரியாதை)

நான் ஒரு செவ்வாய்க்கிழமை பிற்பகல் மற்றும் நியூயார்க் நகரத்தில் பாப்பி என்ற 12 வயது சிறுமி தனது வகுப்பிற்கு முன்னால் நின்று, டி.என்.ஏ இழையை நானோபோர் என்று அழைப்பதன் மூலம் வாழ்க்கை குறியீட்டை எவ்வாறு படிக்க முடியும் என்பதை தனது சகாக்களுக்கு விளக்குகிறார். . நான் இணைந்து நிறுவிய பிளேடிஎன்ஏவின் ஒரு பகுதியாக, மாணவர்கள் கடந்த ஒரு வாரமாக வெள்ளரிகளை ஊறுகாய் செய்து வருகின்றனர். அவர்கள் ஊறுகாய் ஜாடிகளில் உள்ள திரவத்தின் pH ஐ அளந்திருக்கிறார்கள் மற்றும் அதிகரித்து வரும் மேகமூட்டத்திலிருந்து பாக்டீரியா உயிரணுக்களின் எண்ணிக்கை இரட்டிப்பாகி வருவதைக் கண்டார்கள். அவர்களுக்கு முன் தலைமுறை அறிவியல் வகுப்புகளைப் போலல்லாமல், அவர்கள் டி.என்.ஏ மூலம் பாக்டீரியா இனங்களை அடையாளம் காண ஜாடிகளில் இருந்து மாதிரிகளை எடுத்துள்ளனர்.

அவர்களின் ஊறுகாய் ஜாடிகளில் கண்ணுக்கு தெரியாத வாழ்க்கையை வெளிப்படுத்த வேண்டிய நேரம் இது. மாணவர்கள் மேசையைச் சுற்றி கூடி, தங்கள் ஆசிரியருடன் சேர்ந்து, ஒரு உண்மையான டி.என்.ஏ மாதிரியை ஒரு சிறிய டி.என்.ஏ சீக்வென்சரில் வைக்கின்றனர், இது கணினியின் யூ.எஸ்.பி போர்ட்டில் செருகப்படுகிறது. சில நிமிடங்கள் கழித்து முதல் டி.என்.ஏ வாசிப்புகள் அவற்றின் திரையில் நிகழ்நேரத்தில் தோன்றும்.

ஆக்ஸ்போர்டு நானோபோர் டெக்னாலஜிஸ் தயாரித்த மினியோன் எனப்படும் மினியேச்சர் டி.என்.ஏ சீக்வென்சர் காரணமாக இது ஒரு நடுநிலைப் பள்ளியில் சாத்தியமாகும். நியூயார்க் ஜீனோம் மையத்தில் கிட்டத்தட்ட இரண்டு ஆண்டுகளாக இந்த சாதனத்தைப் பயன்படுத்துகிறேன், அங்கு டி.என்.ஏ மாதிரிகளை மீண்டும் அடையாளம் காண அதை எவ்வாறு பயன்படுத்துவது என்று ஆராய்ச்சி செய்கிறேன். எனது ஆலோசகர், யானிவ் எர்லிச் மற்றும் நானும் இதை முதலில் கொலம்பியா பல்கலைக்கழக வகுப்பறையில் செயல்படுத்தினோம், இப்போது இது உள்ளூர் பள்ளிகளில் எங்கள் பிளேடிஎன்ஏ திட்டத்தின் ஒரு பகுதியாகும். இது தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு மைல்கல்லைக் குறிக்கிறது என்று நான் நம்புகிறேன். போர்ட்டபிள் டி.என்.ஏ வரிசைமுறை விஞ்ஞானிகள் மட்டுமல்ல, ஆர்வமுள்ள கேமரா வழங்குவதை விட உயர்ந்த தெளிவுத்திறனில் வாழ்க்கையைப் பார்க்க அதிகாரம் அளிக்கிறது - மேலும் ஒரு உயிரினம் போன பின்னரும் கூட. நிர்வாணக் கண்ணுக்குத் தெரிந்தவை மட்டுமல்ல, எல்லா உயிரினங்களையும் காண நம் பார்வையை விரிவுபடுத்தலாம்.

மினியனின் விலை $ 1,000 மற்றும் இது ஒரு மிட்டாய் பட்டியின் அளவு. இது மடிக்கணினி கணினியின் யூ.எஸ்.பி போர்ட்டுடன் இணைகிறது. டி.என்.ஏ மாதிரியைப் படிக்க, நீங்கள் ஒரு மைக்ரோபிபெட்டைப் பயன்படுத்தி மினியோனில் ஒரு மில்லிமீட்டர் அளவிலான திறப்பு மூலம் “டி.என்.ஏ நூலகத்தை” (ஒரு நிமிடத்தில் மேலும்) கைவிடலாம். சாதனத்தின் உள்ளே நானோபோர்கள், ஒரு மீட்டர் அகலத்தின் பில்லியனில் ஒரு பகுதிக்கு மேல் கூம்புகள் உள்ளன, அவை ஒரு மென்படலத்தில் வைக்கப்படுகின்றன. இந்த நானோபோர்கள் வழியாக ஒரு நிலையான அயனி மின்னோட்டம் பாய்கிறது. ஒவ்வொரு நியூக்ளியோடைடும் (ஏ, டி, சி அல்லது ஜி) தனித்துவமான மூலக்கூறு ஒப்பனை கொண்டிருப்பதால், ஒவ்வொன்றும் சற்று வித்தியாசமாக வடிவமைக்கப்படுகின்றன. துளை வழியாக செல்லும் தனித்துவமான வடிவம் அயன் மின்னோட்டத்தை ஒரு குறிப்பிட்ட வழியில் குறுக்கிடுகிறது. ஒரு சுவரில் அதன் நிழலைப் பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம் ஒரு வடிவத்தை நாம் ஊகிக்க முடியும் போலவே, ஒரு நியூக்ளியோடைட்டின் அடையாளத்தை அது அயனி மின்னோட்டத்திற்கு ஏற்படுத்தும் இடையூறுகளிலிருந்து ஊகிக்க முடியும். சாதனம் தளங்களை கணினிகளாக மாற்றும் பிட்களாக மாற்றுகிறது.

டி.என்.ஏ மற்றும் நானோபோரின் வழியாக ஒரு மின்னோட்டம் எவ்வாறு பாய்கிறது என்பதற்கான விளக்கம். (மரியாதை ஆக்ஸ்போர்டு நானோபூர்)

மினியோனுக்கு நேரடியாக மைக்ரோபிபேட் ஊறுகாய் சாற்றை எங்களால் இன்னும் பெற முடியவில்லை. வரிசைப்படுத்தப்பட்ட டி.என்.ஏ நூலகத்தைத் தயாரிக்க சில மேம்பட்ட படிகள் தேவை. முதலில் நீங்கள் ஊறுகாய் சாற்றில் உள்ள செல்களைத் திறந்து அவற்றின் டி.என்.ஏவை சுத்திகரிக்க வேண்டும். செல்கள் அனைத்தும் வேறுபட்டவை - தாவர உயிரணுச் சுவர்கள் பாக்டீரியா உயிரணுச் சுவர்களைப் போலல்லாமல், அவை பாலூட்டிகளின் உயிரணுக்களின் சவ்வுகளைப் போலல்லாமல் இருப்பதை உயிரியல் வகுப்பிலிருந்து நீங்கள் நினைவு கூரலாம் - மேலும் ஒவ்வொரு உயிரணு வகைக்கும் அதன் சொந்த முறை தேவைப்படுகிறது. பின்னர், சுத்திகரிக்கப்பட்ட டி.என்.ஏவை மினியன் உண்மையில் படிக்கக்கூடிய வகையில் தயாரிக்க வேண்டும். டி.என்.ஏ நூலகத்தை உருவாக்குவதற்கான இந்த நடவடிக்கைகளுக்கு ஒரு மைக்ரோ-சென்ட்ரிஃபியூஜ் மற்றும் தெர்மோ சைக்கிள் ஓட்டுநர் உட்பட ஒரு நிபுணர் அல்லாதவருக்கு இன்னும் பயனர் நட்பு இல்லாத இயந்திரங்கள் தேவைப்படுகின்றன (டி.என்.ஏ கைரேகையை ஜனநாயகமயமாக்குவதில் நீங்கள் இந்த நூலக தயாரிப்பு மற்றும் டி.என்.ஏ வரிசைமுறைகளை ஒரு கூரையில் செய்வதை நீங்கள் காணலாம் நியூயார்க் நகரம்). ஆனால் எதிர்காலத்தில், இந்த படிகள் ஒற்றை, சிறிய மினியேச்சர் சாதனத்திலும் செய்யப்படும்.

இது புலத்தைத் திறக்கும். மக்கள் தங்கள் சமையலறைகளில் உள்ள மினியனைப் பயன்படுத்தி அவர்களின் ஆயத்த லாசக்னாவின் உள்ளடக்கங்களை சரிபார்க்க முடியும் (அதில் உண்மையில் மாட்டிறைச்சி இருக்கிறதா அல்லது குதிரைவாலியா?) அல்லது நோய்க்கிருமிகள் மற்றும் ஒவ்வாமை பொருட்களின் கண்காணிப்புக்கு இதைப் பயன்படுத்தலாம். ஆக்ஸ்போர்டு நானோபோர் ஸ்மிட்ஜியனுடன் ஒரு படி மேலே செல்ல திட்டமிட்டுள்ளார்: உங்கள் தொலைபேசியில் செருகக்கூடிய டி.என்.ஏ சீக்வென்சர்.

ஆனால் இந்த தொழில்நுட்பத்துடன் மக்கள் என்ன செய்வார்கள் என்பதை நாங்கள் இன்னும் பார்க்க ஆரம்பித்துள்ளோம். அண்டார்டிகாவின் மெக்முர்டோ உலர் பள்ளத்தாக்குகள் போன்ற தொலைதூரப் பகுதிகளில் பல்லுயிர் தன்மையைக் கண்காணிக்க மினியனின் பெயர்வுத்திறனை விஞ்ஞானிகள் பயன்படுத்திக் கொண்டனர். விண்வெளியில் விண்வெளி வீரர்களின் சுகாதார நிலையை கண்காணிக்க நாசா இந்த சாதனத்தைப் பயன்படுத்துகிறது, மேலும் இறுதியில் வேற்று கிரக வாழ்க்கையை காட்சிப்படுத்த இதைப் பயன்படுத்தலாம். கென்யாவில் உள்ள அதிகாரிகள் சட்டவிரோத வேட்டையாடலிலிருந்து இறைச்சி வருகிறதா என்பதை உடனடியாக சரிபார்க்கலாம்.

நியூயார்க் ஜீனோம் மையத்தில் உள்ள எங்கள் ஆய்வகத்தில், குற்றக் காட்சிகளில் மினியனைப் பயன்படுத்துவதற்கான ஒரு முறையை நாங்கள் உருவாக்கியுள்ளோம். நிமிடங்களில் முடிவுகளை வழங்கக்கூடிய ஒரு சிறிய சீக்வென்சர், பாதிக்கப்பட்டவர்களை அல்லது சந்தேக நபர்களை அடையாளம் காண்பதற்கு புலனாய்வாளர்களுக்கு ஒரு தொடக்கத்தைத் தரக்கூடும் என்று நாங்கள் கண்டறிந்தோம். பாரம்பரிய தடயவியல் முறைகள் நாட்கள், சில நேரங்களில் வாரங்கள் ஆகலாம். ஏனென்றால், யாரோ ஒருவர் குற்றக் காட்சிகளிலிருந்து மாதிரிகளை நன்கு பொருத்தப்பட்ட ஆய்வகங்களுக்கு கொண்டு செல்ல வேண்டும், அங்கு சான்றுகள் விலையுயர்ந்த இயந்திரங்கள் என்றாலும் இயங்குவதற்கு முன்பு வரிசையில் அமர்ந்துள்ளன.

நானோபூர் சீக்வென்சிங் சென்சார்கள் ஜீனோமிக்ஸ் துறையில் ஒரு கூடுதலாகும், மேலும் சந்தைத் தலைவரான இல்லுமினா தயாரித்ததைப் போன்ற பாரம்பரிய வரிசைமுறை தளங்களை மாற்றுவதற்கான சாத்தியம் இல்லை. அந்த டி.என்.ஏ வரிசைமுறை தளங்கள் மிகவும் துல்லியமானவை, அவை முழு மரபணுவையும் (ஓரிரு முறை) படிப்பதற்கு இன்றியமையாதவை, இது மக்களில் எந்த மரபணு மாறுபாடுகள் நோய்களுக்கு வழிவகுக்கிறது என்பதை தீர்மானிக்க வேண்டியது அவசியம்.

அந்த வகையான வேலை தற்போது மினியனின் வலிமை அல்ல. இது தோராயமாக 5 சதவிகிதம் பிழை வீதத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது ஒவ்வொரு 20 நியூக்ளியோடைட்களிலும் ஒரு வாசிப்பு பிழை உள்ளது. இரண்டு நபர்களுக்கிடையேயான வேறுபாடு 0.1 சதவிகிதம் (ஒவ்வொரு 1,000 நியூக்ளியோடைட்களுக்கும் ஒரு மாறுபாடு) என்பதைக் கருத்தில் கொண்டு இது அதிகம். ஆனால் குற்றம்-காட்சி பகுப்பாய்விற்காக நாங்கள் உருவாக்கிய வழிமுறையை ஊட்டுவதற்கு மினியனில் இருந்து வாசிப்பு இன்னும் போதுமானது. ஒரு குற்றச் சம்பவத்தில் காணப்படும் முடி அல்லது வேறு ஏதேனும் பொருள் ஒரு சிறப்பு பொலிஸ் தரவுத்தளத்தில் ஒரு நபருடன் பொருந்தக்கூடிய நிகழ்தகவை இந்த வழிமுறை கணக்கிடுகிறது.

அதிக பிழை விகிதத்துடன் கூட இது ஏன் செயல்படுகிறது என்பதைப் புரிந்து கொள்ள, நான் உங்களுக்கு “வோல்டமார்ட்” என்ற பெயரைக் கொடுக்கிறேன் என்று கற்பனை செய்து, நான் எந்த புத்தகத்தைக் குறிப்பிடுகிறேன் என்று என்னிடம் கேட்கச் சொல்கிறேன். இது ஒரு ஹாரி பாட்டர் புத்தகம் என்பதை நீங்கள் அடையாளம் காணலாம், ஏனென்றால் உங்கள் தலையில் ஒரு தரவுத்தளம் இருப்பதால், வாசிப்பு மூலம் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது, நான் உங்களுக்கு வழங்கும் வார்த்தையில் எழுத்துப்பிழைகள் இருந்தாலும். 300 பக்க புத்தகத்தையும் நீங்கள் மீண்டும் படிக்க வேண்டிய அவசியமில்லை அல்லது “வோல்ட்மார்ட்” சரியாக வழங்கப்பட வேண்டும். ஜீனோமிக்ஸ் அதே கொள்கையுடன் செயல்படுகிறது. உங்களிடம் ஒரு பயனுள்ள தரவுத்தளம் கிடைத்ததும், ஊறுகாய் மாதிரிகளில் எந்த பாக்டீரியா இனங்கள் உள்ளன அல்லது சில நேரங்களில் டி.என்.ஏ எந்த நபரிடமிருந்து வந்தது என்பதை அடையாளம் காண உங்களுக்கு சில தகவல் டி.என்.ஏ துண்டுகள் மட்டுமே தேவை.

இப்போது எங்கும் நிறைந்த டி.என்.ஏ வரிசைமுறை சகாப்தம் நெருங்கி வருவதால், நாம் மரபணு கல்வியறிவை மேம்படுத்த வேண்டும். இந்த மரபணு “பெரிய தரவை” எவ்வாறு கையாள்வது? இதுபோன்ற கேள்விகளுக்கு தீர்வு காண, யானிவ் எர்லிச்சும் நானும் கொலம்பியா பல்கலைக்கழக கணினி அறிவியல் துறையில் எபிக்விட்டஸ் ஜெனோமிக்ஸ் என்ற வகுப்பைத் தொடங்கினோம். இந்த அதிநவீன தொழில்நுட்பத்தைப் பற்றி மாணவர்களுக்கு நாங்கள் கற்பித்தோம், மேலும் அவற்றை அனுபவத்தை அனுபவித்தோம். மாணவர்கள் தங்கள் கைகளால் டி.என்.ஏவை வரிசைப்படுத்தினர், மேலும் அவர்களின் தரவை பகுப்பாய்வு செய்வதற்கான கணக்கீட்டு முறைகளை உருவாக்க ஊக்குவிக்கப்பட்டனர். "ஒருங்கிணைந்த கற்றல்" இல் இந்த முயற்சியின் வெற்றி, பள்ளி மாணவர்களை மரபியல் மற்றும் தரவு பகுப்பாய்வில் ஈடுபடுத்துவதற்கு ஒத்த ஒன்றை நாங்கள் செய்ய முடியும் என்று நினைக்க ஊக்குவித்தது. அந்த நோக்கத்துடன் நாங்கள் PlayDNA ஐ நிறுவினோம்.

MinION உடன் பயன்படுத்தப்படும் மைக்ரோ பிப்பட்டின் நெருக்கம். (மரியாதை ஆக்ஸ்போர்டு நானோபூர்)

முதல் பிளேடிஎன்ஏ பைலட் வகுப்பு தொடங்குவதற்கு முந்தைய நாள், எனது மதிய உணவில் இருந்து இரண்டு பொருட்களை நான் ஒதுக்கி வைத்தேன், அது பின்னர் மாணவர்கள் அடையாளம் காண வேண்டிய ஒரு மர்மமான டிஎன்ஏ மாதிரியில் முடிவடையும். டி.என்.ஏவைப் பிரித்தெடுப்பது மற்றும் டி.என்.ஏ நூலகங்களைத் தயாரிப்பது பற்றி கவலைப்பட வேண்டியதில்லை என்பதற்காக வகுப்பறைகளுக்கான உள்கட்டமைப்பை பிளேடிஎன்ஏ வழங்குகிறது, எனவே மாணவர்கள் இப்போதே டி.என்.ஏவை வரிசைப்படுத்துவதையும் அவற்றின் தரவைப் புரிந்துகொள்வதையும் தொடங்கலாம். இரண்டு மணிநேர மைக்ரோபிபேட் பயிற்சி பெற்ற இருபது 12 வயது மாணவர்கள், வகுப்பறைக்கு வந்த இரண்டு மணி நேரத்திற்குப் பிறகு டி.என்.ஏவை வரிசைப்படுத்திக் கொண்டிருந்தனர். உயிரியல் தகவல்களை பெரிய தரவுகளாக மாற்றுவது நிகழ்நேரத்தை உயிர்ப்பிக்கிறது; மாணவர்கள் தாங்கள் பார்க்கும் டி.என்.ஏ வாசிப்புகளில் எந்த இனத்தைக் காணலாம் என்பதை அறிய ஆர்வமாக இருந்தனர். அடுத்த வாரத்திற்கான அவர்களின் பணி தரவுகளை பகுப்பாய்வு செய்வதோடு, எனது மதிய உணவின் பொருட்கள் மற்றும் அவற்றின் விகிதங்களையும் அடையாளம் காண்பது. அடுத்த வாரம் ஒரு குழு கேட்டது: "சோஃபி, நீங்கள் ஒரு தக்காளி சாலட் மற்றும் மதிய உணவுக்கு சில செம்மறி இறைச்சியை சாப்பிட்டீர்களா?"

உங்கள் சமையலறை கவுண்டருக்கு தொழில்நுட்பம் தயாரா? நான் சிறிது நேரம் இடத்தை நிறுத்துவேன். செல்களைத் திறந்து டி.என்.ஏவை சுத்திகரிப்பது போன்ற வரிசைப்படுத்துதலுக்கான படிகளை எவ்வாறு கையாள்வது என்பது இன்னும் சில அறிவை எடுக்கும். எவ்வாறாயினும், இந்த நடவடிக்கைகளை தானியக்கமாக்குவதற்கான வழிகளில் ஆக்ஸ்போர்டு நானோபூர் செயல்பட்டு வருகிறது. கடைசியில், குழந்தைகள் ஒரு ஸ்மிட்ஜியனைப் பயன்படுத்தி ஒரு புதிய பதிப்பை பூங்காவில் உண்மையான உயிரினங்களுடன் விளையாடுவதை நான் முன்கூட்டியே பார்க்க முடியும், அதே நேரத்தில் அம்மா அப்பாவிடம் கேட்கிறார்: “டார்லிங், நீங்கள் மேசையை அமைத்தீர்களா, லாசக்னாவை வரிசைப்படுத்தினீர்களா?”

சோஃபி ஜெய்ஜெர் நியூயார்க் ஜீனோம் மையத்தில் ஒரு பிந்தைய டாக்டரல் சக மற்றும் பிளேடிஎன்ஏவின் தலைமை நிர்வாக அதிகாரி ஆவார், இது நடுநிலைப் பள்ளிகள், உயர்நிலைப் பள்ளிகள் மற்றும் பல்கலைக்கழக கல்விக்கான மரபணு-தரவு வகுப்புகளை உருவாக்கி வருகிறது.