ذره‌های DNA حافظه‌های آینده

پژوهشگران با بهره از الگوریتمی به نام " DNA Fountain" شش فایل داده را در یک ذره از DNA فشرده‌سازی کردند. این شش فایل شامل یک فیلم کوتاه، یک سیستم عامل کامل رایانه و یک کارت هدیه‌ی شرکت آمازون بود. ولی این تنها سرآغاز کار است. زیرا دانشمندان می‌گویند که با این روش می‌توان همه‌ی داده‌های دنیا را تنها در یک اتاق، ذخیره‌سازی کرد.

به گفته‌ی Yaniv Erlich از دانشگاه کلمبیا، ذخیره‌سازی در DNA نه تنها فضای مورد نیاز برای "ذخیره‌سازی داده" را کوچک می‌کند که به وارون روش‌های سنتی، نگهداری طولانی مدت و بسیار امن اطلاعات را نیز، شدنی می‌کند.

حافظه‌ی DNA، مانند نوار یا CD نیست، که در درازمدت از کیفیت آن کاسته‌شود و یا خراب شده و یا تاریخ مصرفش به پایان برسد.

حافظه‌ی  DNA، چیز تازه‌ای نیست بلکه در سال ۲۰۱۲، پژوهشگران دانشگاه هاروارد توانستند ۵۳ هزار و چهارصد کلمه از یک کتاب را در DNA یک سلول مصنوعی ذخیره‌سازی کنند و سپس با مرتب‌سازی توالی DNA آنرا بازخوانی کنند.

از آن زمان تا کنون گروه‌های پژوهشی بسیاری، بر روی بهینه‌سازی این "روش ذخیره‌سازی" کار کرده‌اند.

سال گذشته (۲۰۱۶) مایکروسافت از دستیابی به روشی که ۲۰ برابر رکورد روشهای پیشین، کارایی داشت، خبر داد.

اکنون Erlich و پژوهشگر همکارش Dina Zielinski در مرکز ژنوم نیویورک می‌گویند که روش آنها برای ذخیره‌سازی در DNA 

۱۰۰ برابر روش سال ۲۰۱۲، کارایی دارد و می‌تواند ۲۱۵ پتابایت (۲۱۵ میلیون گیگابایت) داده را در تنها یک گرم DNA ذخیره کنند!

برای اینکه برآورد ملموسی از این حجم داده، داشته باشید باید بگوییم که یک پتابایت داده، برابر با ۱۳.۳ سال ویدیوی بسیار با کیفیت است. اکنون اگر هارد دیسک رایانه‌ی کنونی خود را، هیچ به حساب آورید به شما حق می‌دهیم!

هسته‌ی اصلی این فناوری پژوهشگران، الگوریتمی است که برای پیدا کردن و برطرف کردن خطاها در هنگام پخش در نرم‌افزارهای ویدیویی بکار می‌رود.

به گفته‌ی پژوهشگران، می‌توان از همین  روش برای دوری از خطا در بازخوانی "داده‌های باینری" بهره جست.

داده‌های باینری بصورت صفر و یک است ولی در مبنای نوکلئوتیدی در DNA بصورت A , G , C و T است.

به گفته‌ی Erlich، همه‌ی مولکول‌های  DNA، برابر ساخته نشده‌اند. اگر مولکول DNA ای داشته باشیم که قطعه‌ی ممتدی از یک نوکلئوتید مانند AAA؛ داشته باشد برای ماشین‌های انفورماتیکی مناسب نخواهد بود‌ زیرا بسیار دشوار است که داده را از چنین DNA ای بدون خطا بازخوانی کرد.

ولی این الگوریتم پژوهشگران، شکل داده پس از بازخوانی شدن را توصیف می‌کند تا از بروز خطا در هنگام بازخوانی داده از DNA، پیشگیری کند.

این یعنی سرهم کردن و بازسازی قطعاتی که در طی فرایند گمشده‌اند بطور بسیار کارآمدی، شدنی است.

Erlich می‌گوید: ما نشان داده‌ایم که می‌توانیم بطور قابل اطمینان و با روش بهینه‌ای در DNA، داده ذخیره کنیم. تا جایی که بسیار دور از ذهن است که بتوان حجمی بیش از این را در DNA، ذخیره کرد.

برای آزمایش این فناوری، گروه پژوهشی شش فایل را فشرده سازی کرد:

• یک سیستم عامل

• یک فیلم کوتاه فرانسوی از سال ۱۸۹۵ به نام Arrival of a train at La Ciotat

•  یک کارت هدیه ی ۵۹ دلاری آمازون

• یک ویروس رایانه‌ای

• یک Pioneer plaque

• و یک مقاله‌ی آکادمیک از نظریه پرداز معروف Claude Shannon

حجم نهایی داده‌ها، پس از فشرده‌سازی بسیار کم ودر حدود ۲ مگابایت شد.

ولی مهم‌تر از فشرده‌سازی این بود که با الگوریتم DNA Fountain، بتوان این داده‌ها را بدون اینکه چیزی تغییر کند یا از دست برود به داده‌های ژنتیکی برگردان کرد.

این داده‌ها در ۷۲ هزار رشته‌ی ژنتیکی، نوشته شد و به مولکول‌های DNA که در یک آمپول نگهداری می‌شد برگردانده شد.

پس از آن، پژوهشگران توانستند با موفقیت و بدون خطا،  توالی DNA را مرتب کرده و همه‌ی داده‌ها را بازیابی کنند.

با اینکه این کامیابی پژوهشگران بسیار چشمگیر است ولی هنوز تا همگانی شدن این حافظه ها  مدتی زمان باقی است زیرا این پژوهشگران برای ذخیره‌سازی ۲ مگابایت داده، در DNA، پول زیادی هزینه کرده‌اند. ۷ هزار دلار برای سنتز DNA و ۲ هزار دلار هم برای مرتب‌سازی آن!

به گفته‌ی Erlich، هنوز دست کم یک دهه تا به بازار آمدن حافظه‌های DNA، فاصله داریم. تازه آن موقع هم ممکن است از این حافظه‌ها بیشتر برای ثبت سابقه‌ی بیمار، بهره برداری شود تا اینکه محصولی باشد در دست مصرف کنندگان!

این فناوری هنوز در گام‌های نخستین است و اینگونه نیست که به این زودی‌ها هارددیسک‌های DNA را در بازار ببینید.

شاید اینها را نیز بپسندید:

"اینترنت اشیا" چیست؟

رایانه کوانتومی

لینک منبع خبر: