استفاده از DNA برای ساخت سیستم‌های محاسباتی کوچک!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا؛ برای میلیارد‌ها سال، زندگی از مولکول‌های بلند اسید دی‌اوکسی ریبونوکلئیک یا DNA برای ذخیره اطلاعات و حل مسائل استفاده کرده است. امروزه مهندسان در تلاش هستند تا از دی‌ان‌ای برای محاسبات استفاده کنند و هم داده‌ها را با آن ثبت نمایند و همچنین به عنوان کامپیوتر زیستی از آن استفاده کنند. با این حال دانشمندان تا کنون برای طراحی یک سیستم مصنوعی که بتواند همزمان اطلاعات را ذخیره کرده و مسائل را حل کند، تلاش کرده‌اند، هر چند نتایج تا کنون چندان امیدوارکننده نبوده است.

به تازگی تحقیقات جدیدی انجام شده که نشان می‌دهد می‌توان DNA را به گونه‌ای بسته‌بندی و ارائه کرد که بتواند هر دو این کار را مدیریت کند. به طور ویژه، ما در مورد ذخیره‌سازی اطلاعات، خواندن و پاک کردن، جابجایی و بازنویسی داده‌ها و همچنین مدیریت این عملکرد‌ها به روش‌های قابل برنامه‌ریزی و تکرارپذیر، مشابه نحوه عملکرد یک کامپیوتر معمولی صحبت می‌کنیم.

محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و دانشگاه جان هاپکینز در آزمایش‌هایی نشان دادند که داربست اسید نوکلئیک جدید آنها به عنوان اثبات تطبیق‌پذیری محاسبات DNA عمل می‌کند و پتانسیل ساخت ماشین‌های بیولوژیکی فوق‌العاده فشرده را دارد.

آلبرت کیونگ زیست‌شناس مولکولی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می‌گوید: «تصور بر این است که اگرچه ذخیره‌سازی داده‌های DNA ممکن است برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت داده مفید باشد، توسعه فناوری DNA که طیف کاملی از عملیات موجود در دستگاه‌های الکترونیکی رایج را در بر می‌گیرد، دشوار یا غیرممکن خواهد بود. ما نشان داده‌ایم که این فناوری‌های مبتنی بر DNA قابل دوام هستند، زیرا ما آن را ساخته‌ایم.»

DNA به عنوان یک پایگاه کد برای موجودات زنده عمل می‌کند و الگو‌های مولکولی را برای ساختار‌ها و فرآیند‌های بیولوژیکی فراهم می‌کند. با این حال، در تئوری، این رشته‌های شیمیایی می‌توانند تقریباً هر دنباله‌ای از اطلاعات را در خود حفظ کنند. دانش‌مندان برای سال‌ها در حال توسعه روش‌هایی برای جمع کردن انواع داده‌ها در رشته‌های شناور آزاد DNA بوده‌اند.

محققان با ذخیره کردن مولکول‌ها بر روی ساختار‌های درخت مانندی به نام دندریکولوئیدها، نه تنها توانستند کد آنها را ذخیره کنند، بلکه به طور مداوم کد آنها را با سهولت زیادی ویرایش کردند.

کلید این سیستم روشی است که اطلاعات DNA را می‌توان با آن از نانوالیاف دندریکولوئیدی که روی آنها ذخیره می‌شود متمایز کرد. این ویژگی، این امکان را فراهم می‌کند تا داده‌ها در قالب RNA (ریبونوکلئیک اسید) کپی شوند تا پردازش شده و در مناطق خاصی از DNA بازنویسی شوند، بدون اینکه بازنویسی موجب آسیب رساندن به فایل DNA اصلی یا محیط ذخیره‌سازی شود.

تجزیه و تحلیل‌ها نشان می‌دهد که رشته‌های ذخیره شده روی دندریکولوئید‌ها در دمای حدود ۴ درجه سانتی‌گراد نیمه عمر هزاران ساله دارند. در دما‌های پایین‌تر، می‌تواند میلیون‌ها سال آنها را نگه داشت.

کیونگ می‌گوید با استفاده از سیستمی مانند این، داده‌هایی که هزار لپ‌تاپ را پر می‌کند را می‌توان به طور قابل اعتماد در فضایی به اندازه یک پاک‌کن ذخیره کرد و امکان ذخیره‌سازی طولانی‌مدت پایگاه‌های داده وسیع را فراهم می‌کند.

نتایج این تحقیق در Nature Nanotechnology منتشر شده است.