ذخیره اطلاعات مایکروسافت روی DNA

سرعت تولید اطلاعات توسط بشر در سال های اخیر به قدری افزایش یافته است که دستگاه های ذخیره سازی متداول فعلی دیگر پاسخگوی نیاز ما نیستند. به بیان دیگر تا چند سال آینده سرعت تولید اطلاعات از سرعت تولید ابزارهای ذخیره سازی پیشی خواهد گرفت. مایکروسافت قصد دارد با ذخیره سازی اطلاعات دیجیتال روی مولکول های DNA بر این مشکل غلبه کند.

هفته ی گذشته، مایکروسافت خبر از همکاری با شرکت تویست بیوساینس برای ساخت دستگاهی داد که به صورت بالقوه می تواند شیوه ی ذخیره سازی اطلاعات دیجیتال را دستخوش تغییر کند.
شرکت تویست بیوساینس (Twist Bioscience) اولیگونوکلئوتیدهایی از مولکول DNA با طول رشته ی ۱۰ میلیون را در اختیار غول نرم افزاری دنیای تکنولوژی قرار داده است تا مایکروسافت به وسیله ی آن بتواند پروژه ی «فناوری اطلاعات ماقبل تاریخ» خود را عملی کند.
هدف از پروژه ی فناوری اطلاعات ماقبل تاریخ (prehistoric information technology) ذخیره سازی ایمن اطلاعات مهم به مدت بسیار طولانی است.
درست مانند کامپیوترها، مولکول های DNA هم اطلاعات را در واحدهای گسسته رمزگذاری می کنند؛ با این تفاوت که DNA برای ذخیره ی اطلاعات به جای «صفر» و «یک» از ۴ نوکلئوتید با نام های A، C، G و T استفاده می کند. رشته های بلند DNA از توالی این ۴ نوکلئوتید ساخته می شوند و ترتیب خاص این نوکلئوتیدها تعیین کننده ی اطلاعات خاصی است که مولکول DNA آن را حمل می کند.
بر خلاف سیستم های فعلی ذخیره سازی اطلاعات که نیاز به نگهداری مستمر دارند و فضایی زیادی را اشغال می کنند، DNA پس از هزاران سال همچنان قابل خواندن است و فضای فوق العاده کمی را نیز اشغال می کند.
مثال جالبی از ماندگاری بالای اطلاعات در مولکول های DNA، استخراج آن ها از جسد ماموت های پشمالوی ماقبل تاریخ توسط دانشمندان است. DNA این ماموت ها به قدری سالم بوده است که عملاً می توان با شبیه سازی این موجودات ماقبل تاریخ، بار دیگر آن ها را به صحنه ی حیات وحش سیاره ی زمین بازگرداند.
شرکت تویست بیوساینس می گوید تمام اطلاعات دیجیتالی که امروزه در جهان وجود دارد را می توان در کمتر از ۲۰ گرم DNA ذخیره کرد.

قیمت ذخیره سازی اطلاعات در DNA در سال های اخیر به شدت افت کرده است. وقتی دانشمندان در سال ۲۰۰۳ ژنوم انسان، که چیزی بیش از ۳ میلیارد نوکلئوتید طول دارد را تعیین توالی کردند، هزینه ی پروژه بیش از ۱ میلیارد دلار تمام شد. امروزه می توان DNA هایی شبیه به آن را با حدود ۱۰۰۰ دلار خواند و دستورات ژنتیکی را با استفاده از ابزارهای مصنوعی بیولوژیک نوشت.
تویست بیوساینس در وبسایت خود در این باره می نویسد:
با استفاده از روش های ارزان قیمت تعیین توالی DNA و روش های سنتز جدید، تویست بیوساینس و مایکروسافت خواهند توانست تئوری ذخیره ی اطلاعات بر روی DNA را عملی کنند. هدف از این پروژه توسعه ی روش هایی است که هم عملی باشند و هم در مقیاس بالا بتوان از آن ها استفاده کرد. قابلیت کدگذاری اطلاعات دیجیتال در رشته های DNA پیشرفت بزرگی در تکنولوژی ذخیره سازی اطلاعات است؛ چرا که مولکول های DNA بسیاری از محدودیت های ابزارهای سنتی ذخیره سازی اطلاعات مانند عمر محدود، فرمت/استاندارد دائمی و چگالی کم را ندارند.
استفاده از DNA برای ذخیره سازی اطلاعات از این جهت عملی است که دیگر حوزه های علمی هم به شدت به کار کردن بر روی آن علاقه دارند. تویست بیوساینس در این باره می گوید:
تا زمانی که حیات بر مبنای DNA بر روی زمین وجود داشته باشد، تکنولوژی خواندن DNA هم وجود خواهد داشت و این تضمین کننده ی قابلیت خوانده شدن و بازگردانی اطلاعات در آینده است. علاوه بر این، با توجه به رشد روز افزون اهمیت تکنولوژی ها بر اساس DNA در تحقیقات پزشکی و علمی، فشار متداومی برای بهبود تکنولوژی های خواندن و نوشتن DNA وجود دارد.
پروژه ی مایکروسافت و تویست بیوساینس می تواند در نهایت باعث شود که کامپیوترهای آینده به جای هارد درایوهای با قابلیت «خواندن و نوشتن» اطلاعات، مجهز به «تعیین کننده ی توالی DNA» (DNA sequencer) و «سنتز کننده ی DNA» باشند.

تاریخچه ذخیره سازی روی DNA

ایده ذخیره سازی اطلاعات روی DNA تازگی ندارد و به چندین سال قبل برمی گردد. تا کنون نیز خبرهای زیادی درباره ذخیره یک کتاب کامل، چندین کتاب و یک کتابخانه دیجیتالی روی دی ان ای شنیدیم. اما جدیدترین تحقیق در این زمینه از سوی موسسه فناوری فدرال سویس (Swiss Federal Institute of Technology) نشان می دهد کل اطلاعات جهان را می توان روی یک هارد درایو دی ان ای به اندازه یک قاشق چای خوری کدگذاری کرد. دانشمندان این موسسه ادعا می کنند به طور بالقوه، یک گرم از دی ان ای می تواند ۴۵۵ اگزابایت اطلاعات را ذخیره کند. برای اینکه درک درستی از این حجم اطلاعات داشته باشید باید بگوییم یک میلیارد گیگابایت اطلاعات برابر یک اگزابایت است و هزار اگزابایت برابر یک زتابایت است. شرکت EMC که در حوزه محاسبات ابری و شبکه های گسترده فعالیت می کند، طی گزارشی در سال ۲۰۱۱ اعلام کرده بود کل اطلاعات تولید شده در جهان تا کنون برابر ۱٫۸ زتابایت است. پس با یافته جدید دانشمندان، ما فقط به چهار گرم دی ان ای برای ذخیره سازی این اطلاعات نیاز داریم. چهار گرم دی ان ای به اندازه یک قاشق چای خوری است.

برای اینکه بتوان اطلاعات را روی سلول های دی ان ای ذخیره کرد، باید آن ها به صورت دیجیتالی ( همان صفر و یک معروف زبان باینری) درآورد. همان طور که گفتیم، این پروسه تازگی ندارد و دانشمندان دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۱۲ توانستند یک کتاب را روی یک دی ان ای کدگذاری کنند. تا کنون، کدگذاری اطلاعات روی دی ان ای آسان بوده ولی کدگشایی و بازیابی اطلاعات ذخیره شده روی دی ان ای چالش برانگیز است و اطلاعات بازیابی شده مخدوش و دارای شکاف بودند چون دی ان ای با محیط و دمای پایین اتاق واکنش نشان می دهد و تغییر می کند. اما رابرت گراس، لیدر تیم تحقیقاتی SFIT می گوید روشی جدید برای حفظ اطلاعات روی دی ان ای پیدا کردند. آن ها با دی ان ای رفتاری مشابه یک فسیل می کنند. دی ان ای نمونه را بعد از کدگذاری اطلاعات، درون یک پوسته و روکش ساخته شده از جنس سیلیکا قرار دادند(همانند یک استخوان فسیل شده) و در دمای ۱۴۰ درجه فارنهایت برای چندین هفته نگه داری کردند. این روکش از دی ان ای محافظت می کند و اجازه واکنش با محیط و تغییر ساختار یافتن را نمی دهد. سیلیکا یکی از مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه است. آن ها بعد از چند هفته که به سراغ این دی ان ای رفتند، توانستند اطلاعات کدگذاری شده را بخوانند. گراس می گوید اگر دی ان ای در دمای زیر صفر نگه داری شود، برای میلیون ها سال می تواند اطلاعات کدگذاری شده را در خود نگه داری و ذخیره کند. توجه داشته باشید که به گزارش موسسه آرشیو بین المللی امریکا، دیسک های سی دی و دی وی دی فقط ۲۵ سال عمر مفید دارند.

منبع: زومیت / هفت صبح