امکان پاک‌کردن اطلاعات ذخیره‌شده در دی‌ان‌ای جایگزینی برای هارددیسک‌های امروزی!

به گزارش مجله خبری نگار/ایسکانیوز، دانشمندان در سراسر جهان در حال بررسی راهکاری غیرمنتظره برای مقابله با بحران رو به رشد داده هستند: ذخیره اطلاعات دیجیتال در DNA مصنوعی. ایده ساده، اما قدرتمند است، زیرا DNA یکی از فشرده‌ترین و بادوام‌ترین سیستم‌های ذخیره اطلاعات روی زمین به شمار می‌رود. با این حال، یک مشکل اساسی پیشرفت این حوزه را کند کرده بود: پس از ثبت اطلاعات در DNA، امکان تغییر آن وجود نداشت.

اکنون پژوهشگران دانشگاه میزوری راهی برای حل این مشکل یافته‌اند و دی‌ان‌ای را از یک رسانه یکبار مصرف به هارد دیسکی دیجیتال و قابل بازنویسی تبدیل کرده‌اند. نتایج این پژوهش در نشریه PNAS Nexus منتشر شده است.

لی-کان اندرو گو، استاد مهندسی شیمی و زیست‌پزشکی در دانشکده مهندسی میزوری، می‌گوید: دی‌ان‌ای واقعا شگفت‌انگیز است؛ نقشه حیات را در بسته‌ای کوچک و پایدار ذخیره می‌کند. ما می‌خواستیم ببینیم آیا می‌توانیم اطلاعات را در سطح مولکولی سریع‌تر، ساده‌تر و کارآمدتر از همیشه ذخیره و بازنویسی کنیم یا نه.

چرا دی‌ان‌ای؟

رایانه‌های امروزی اطلاعات را به صورت رشته‌ای از صفر و یک ذخیره می‌کنند. در ذخیره‌سازی مبتنی بر دی‌ان‌ای، این بیت‌ها به توالی‌هایی از چهار حرف A، C، G و T تبدیل می‌شوند که همان بلوک‌های سازنده دی‌ان‌ای هستند.

دانشمندان برای ذخیره فایل‌های دیجیتال در دی‌ان‌ای، صفر‌ها و یک‌های تشکیل‌دهنده عکس‌ها، ویدئو‌ها و سایر داده‌ها را به توالی‌هایی از این چهار حرف شیمیایی ترجمه می‌کنند. سپس دستگاه‌ها رشته‌های مصنوعی دی‌ان‌ای را با همان الگوی دقیق می‌سازند.

مزایای دی‌ان‌ای چشمگیر است. این مولکول می‌تواند حجم عظیمی از اطلاعات را در فضایی بسیار کوچک ذخیره کند؛ از نظر تئوری، تمام داده‌های جهان می‌تواند در حجمی به اندازه یک جعبه کفش جای بگیرد. اگر در شرایط خشک و خنک نگهداری شود، هزاران سال پایدار می‌ماند. همچنین ذخیره داده به این روش نسبت به مراکز داده عظیم انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کند.

با این حال، تا پیش از این ذخیره‌سازی DNA دائمی بود. پس از کدگذاری داده، امکان به‌روز رسانی یا استفاده مجدد از آن وجود نداشت؛ محدودیتی بزرگ برای کاربرد‌هایی فراتر از آرشیو بلندمدت.

اینجاست که تیم گو وارد عمل شده است. آنها روشی توسعه داده‌اند که اجازه می‌دهد داده‌های ذخیره شده در دی‌ان‌ای بار‌ها پاک و بازنویسی شوند. این قابلیت بازنویسی برای هر سامانه ذخیره‌سازی که قرار است در استفاده روزمره به کار رود، ضروری است. روش آنها باعث می‌شود دی‌ان‌ای کمتر شبیه یک آرشیو ثابت باشد و برعکس بیشتر شبیه یک هارد دیسک مدرن عمل کند که تراکم ذخیره‌سازی بسیار بالا و طول عمر خارق‌العاده‌ای دارد.

خواندن اطلاعات چگونه انجام می‌شود؟

برای بازیابی داده‌ها، باید توالی دی‌ان‌ای خوانده شود. تیم دانشگاه میزوری در حال توسعه یک دستگاه الکترونیکی فشرده است که با یک آشکارساز در مقیاس مولکولی به نام «حسگر نانوحفره‌ای» (nanopore sensor) کار می‌کند.

هنگامی که رشته دی‌ان‌ای از درون این حسگر عبور می‌کند، تغییرات الکتریکی ظریفی ایجاد می‌شود. نرم‌افزار این تغییرات را دوباره به صفر و یک و در نهایت به فایل اصلی داده تبدیل می‌کند.

سامانه طراحی شده در میزوری سریع‌تر، ساده‌تر و سازگارتر با محیط زیست نسبت به روش‌های موجود است. گو امیدوار است در آینده این دستگاه را به اندازه یک فلش USB کوچک کند.

ظرفیت بالا و امنیت فوق‌العاده

دی‌ان‌ای اطلاعات را به صورت سه‌بعدی ذخیره می‌کند، نه روی یک تراشه تخت رایانه‌ای و این امر باعث می‌شود که تراکم ذخیره‌سازی بی‌نظیری داشته باشد. افزون بر این، چون دی‌ان‌ای یک مولکول فیزیکی است و به طور دائم به شبکه‌های الکترونیکی متصل نیست، در برابر حملات سایبری امنیت بیشتری فراهم می‌کند.

گو می‌گوید: به این فناوری مانند یک صندوق امانات فوق امن برای زندگی دیجیتال خود فکر کنید. ذخیره‌سازی دی‌ان‌ای می‌تواند از خاطرات شخصی و اسناد مهم گرفته تا داده‌های علمی و آرشیو‌های شرکتی را محافظت کند؛ آن هم بدون نگرانی‌های امنیت سایبری اضافی.

اگرچه گروه‌های پژوهشی بسیاری در حال پیشبرد فناوری ذخیره‌سازی دی‌ان‌ای هستند، کار تیم میزوری این حوزه را یک گام به سوی سامانه‌ای عملی و قابل بازنویسی نزدیک‌تر می‌کند؛ نقطه عطفی مهم برای تبدیل دی‌ان‌ای به جایگزینی بلند مدت برای برخی از فناوری‌های ذخیره‌سازی پرمصرف امروزی.