چرا مایکروسافت به دنبال ذخیره سازی اطلاعات بر روی DNA است؟

در چند هفته اخیر شاهد انتشار دو خبر مهم بودیم که نشان می دادند که مایکروسافت به طور جدی به دنبال ذخیره سازی اطلاعات بر روی مولکول DNA است و در این زمینه توانسته است که به موفقیت های چشمگیری دست یابد. امروز با وینفون همراه باشید تا اندکی بیشتر به این موضوع و اهمیت های آن بپردازیم.

با گذشت زمان و بالا رفتن کیفیت و حجم اطلاعات دیجیتالی، عجیب نیست که دانشمندان و شرکت های بسیاری به دنبال یافتن راهی بهتر برای ذخیره سازی اطلاعات دیجیتالی باشند. اما با این سرعت رو به رشد اطلاعات، چه چیزی می تواند به عنوان بهترین گزینه برای ذخیره سازی اطلاعات در آینده باشد؟ شما چه ماده ای را پیشنهاد می کنید؟ شاید برای شما جالب باشد که مولکول DNA ساختاری است که امروزه به عنوان ماده ای با توانایی های بالا برای ذخیره سازی اطلاعات، مورد توجه بسیاری از دانشمندا قرار گرفته است. شاید تا کنون از شگفتیهای DNA شنیده باشید، از جمله این که DNA توانایی بسیار بالایی در ذخیرهسازی اطلاعات دارد، تا حدی که تعدادی از دانشمندان در بررسیهای خود به این نتیجه رسیده اند که تمام اطلاعات موجود در کره زمین را میتوان در چند گرم DNA ذخیره کرد. به راستی این توانایی عظیم DNA در ذخیرهسازی اطلاعات از کجا سر چشمه میگیرد؟

بگذارید ابتدا اندکی با ساختار مولکول DNA آشنا شویم. هر مولکول DNA از یک مارپیچ دو رشتهای تشکیل شده است و واحد های سازنده این مارپیچ دو رشتهای، ۴ نوع نوکلئوتید هستند. هر نوکلئوتید از سه جزء تشکیل شده است:

1. یک قند ۵ کربنی (این قند ۵ کربنی در DNA، دئوکسیریبوز است و در RNA، ریبوز است)
2. یک باز آلی پورین (آدنین (A)، گوانین (G)) یا پیریمیدین (سیتوزین (C)، تیمین (T)، یوراسیل (U))
3. یک گروه فسفات

در ساختار DNA، نوکلئوتیدی با باز یوراسیل وجود ندارد، بنابراین تنها ۴ نوع نوکلئوتید در ساختار DNA وجود دارد که هر کدام از آن ها یکی از بازهای آدنین، گوانین، سیتوزین یا تیمین را در ساختار خود دارند. اطلاعات در مولکول DNA به صورت توالی نوکلئوتید ها ذخیره می شوند و هر توالی خاصی از نوکلئوتید ها حاوی اطلاعات مشخص و منحصر به فردی است. (در بدن توالی های خاص نوکلئوتیدی به پروتئین ترجمه شده و از این پروتئین ها در مسیر های مختلف متابولیسم سلولی استفاده می شود، و بر این اساس مولکول DNA به عنوان مرکز اطلاعات سلول با ترجمه اطلاعات خود به پروتئین، تمام فعالیت های سلول را کنترل می کند)

مولکول DNA ویژگی های خاص بسیاری دارد، که ما در این مقاله تنها به خصوصیاتی از مولکول DNA که آن را به گزینه مناسبی برای ذخیره سازی اطلاعات تبدیل می کند، می پردازیم. از جمله خصوصیات DNA که این ماده را به عنوان گزینه مناسبی برای ذخیره سازی اطلاعات مطرح می کند می توان به دو مورد مهم یعنی توانایی بالای این مولکول در ذخیره سازی حجم بالایی از اطلاعات و همچنین حفظ اطلاعات در این مولکول برای مدت زمان بسیار طولانی اشاره کرد.

• ذخیره سازی حجم بالایی از اطلاعات: مولکول DNA توانایی بسیار بالایی در ذخیره سازی اطلاعات دارد، تا حدی که گفته می شود تنها یک گرم از DNA می تواند نزدیک به یک تریلیون گیگابایت اطلاعات را در خود ذخیره کند. این توانایی بالای ذخیره سازی اطلاعات در مولکول DNA به ساختار خاص و نحوه بسته بندی این مولکول باز می گردد که توضیح آن از حوصله این بحث خارج است.
• حفظ اطلاعات برای مدت زمان طولانی: مولکول DNA همچنین توانایی بالایی را در حفظ اطلاعات در طول یک مدت زمان طولانی دارد، این توانایی تا حدی است که گفته می شود اگر از مولکول DNA به درستی نگهداری شود، می تواند اطلاعات را بدون کوچک ترین تغییری برای هزاران و شاید میلیون ها سال در خود حفظ کند.

این دو ویژگی سبب شده است که DNA به عنوان یکی از بهترین گزینه ها برای ذخیره سازی اطلاعات در آینده مطرح شود و از این رو دانشمندان و شرکت های بسیاری به دنبال یافتن راه هایی برای ذخیره سازی اطلاعات بر روی DNA هستند. مایکروسافت نیز با فعالیت های اخیر خود نشان داده است که به طور جدی به دنبال ذخیره سازی اطلاعات بر روی DNA است. اکنون که به طور خلاصه با برخی از ویژگی های مهم مولکول DNA آشنا شدیم، بهتر است به موفقیت های اخیر مایکروسافت در این زمینه بپردازیم و اندکی بیشتر با اهمیت آن ها آشنا شویم.

اخیراً خبر بسیار مهمی در رابطه با موفقیت مایکروسافت و دانشگاه واشنگتن منتشر شد، در آن خبر اعلام شد که مایکروسافت با همکاری محققانی از آزمایشگاه سیستم های اطلاعات مولکولی دانشگاه واشنگتن یکی از نخستین سیستم های استفاده از مولکول DNA برای ذخیره سازی تصاویر دیجیتالی را خلق کردند، که با موفقیت می تواند تصاویر کدگذاری شده را سالم و بدون خطا بازیابی کند. این تیم که گروهی متشکل از استادان و اعضای هیئت علمی دانشگاه واشنگتن و همچنین محققانی از بخش تحقیقات مایکروسافت هستند، برای بهبود روند ذخیره سازی اطلاعات دیجیتالی تلاش می کنند. این گروه در تلاش هستند تا سیستمی بسازند که بتواند حجم اطلاعات رو به رشدی که در سراسر جهان تولید می شود را در خود جای دهد – پیش بینی این تیم رسیدن به ۴۴ تریلیون گیگابایت تا سال ۲۰۲۰ میلادی است.

این موفقیت اخیر مایکروسافت و دانشگاه واشنگتن از دو جهت بسیار با اهمیت است:

• اول آنکه آن ها موفق شدند علاوه بر ذخیره سازی اطلاعات بر روی مولکول DAN، این اطلاعات را از میان یک استخر بزرگ حاوی مولکول های DAN بازیابی کنند (برای یافتن DNA مورد نظر و بازیابی اطلاعات آن از میان یک استخر بزرگ حاوی مولکول های DAN، ابتدا رشته معادل DNA مورد نظر را کد کردند و سپس از یک روش رایج در بیولوژی مولکولی به نام PCR (واکنش زنجیره ای پلیمراز) استفاده کردند)
• دوم آنکه آن ها در این فرآیند از تکنیک های تصحیح خطا که به طور معمول در حافظه های کامپیوتری مورد استفاده قرار می گیرد، برای رفع خطا های رمز گذاری DNA استفاده کردند. (در بدن نیز در صورتی که خطایی در رمز گذاری مولکول های DNA رخ دهد، سیستم های تصحیحی وجود دارند که این خطا ها را رفع می کنند و این سیستم ها دقت بسیار بالایی در انجام فعالیت های خود و تصحیح این خطا ها در بدن دارند)

رسانه دانشگاه واشنگتن نیز در رابطه با این خبر اخیر و اهمیت آن، اینچنین اظهار نظر کرده بود که:

تیمی از دانشمندان کامپیوتر و مهندسین برق یکی از اولین سیستم هایی را طراحی کرده اند که قادر به رمزگذاری، ذخیره سازی و بازخوانی اطلاعات با استفاده از مولکول های DNA است، که می تواند اطلاعات را میلیون ها بار فشرده تر از فناوری های آرشیوی کنونی، ذخیره کند. در یک آزمایش تیم موفق شد که اطلاعات دیجیتالی ۴ فایل تصویری را بر روی توالی های نوکلئوتیدی قطعات DNA ذخیره سازی کند. قابل توجه تر اینکه آن ها موفق شدند روند معکوس را نیز انجام دهند و توالی های صحیح را از میان یک استخر بزرگ تر DNA بازیابی کنند و تصاویر را بدون از دست دادن حتی یک بیت از اطلاعات بازسازی کنند.

موفقیتی که مایکروسافت و دانشگاه واشنگتن بدان دست یافتند، بشر را گامی دیگر به سوی استفاده از DNA به عنوان ماده ای برای ذخیره سازی اطلاعات نزدیک کرده است. همچنین اخیراً در خبری دیگر از سوی کمپانی Twist Bioscience که در زمینه ساخت DNA فعالیت دارد، اعلام شد که مایکروسافت برای پروژه ذخیره سازی اطلاعات دیجیتالی خود ۱۰ میلیون الیگونوکلئوتید بلند را از این کمپانی خریداری کرده است. Twist Bioscience اعلام کرد که از این الیگونوکلئوتید ها می توان برای اطلاعات استفاده کرد و اطلاعات چند هزار سال بر روی آن ها باقی می ماند.

DNA مولکولی با ویژگی های خاص است که آن را به گزینه ای بسیار مناسب برای ذخیره سازی اطلاعات مبدل ساخته است. مایکروسافت نیز با توجه به موفقیت ها و اقدامات اخیر خود نشان داده که به اهمیت این موضوع پی برده است و به طور جدی به دنبال یافتن راهی برای ذخیره سازی اطلاعات بر روی این مولکول زیستی است. نظر شما چیست؟

759 پست