امکان ذخیره‌سازی و پردازش داده‌ها در DNA فراهم شد

به تازگی دانشمندان با طراحی فناوری جدیدی می‌توانند پتابایت داده‌ را برای هزاران یا حتی میلیون‌ها سال در DNA ذخیره و پردازش کنند.

به گزارش تک‌ناک، شما در انگشت کوچک خود ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات بیشتری نسبت به بهترین هارد دیسک الکترونیکی دارید.

در واقع هر سلول در بدن شما می‌تواند حدود 800 مگابایت داده را در خود جای دهد و شما از تریلیون‌ها سلول ساخته شده‌اید، بنابراین هر یک از ما انسان‌ها یک مرکز داده بسیار متراکم در حال حرکت و صحبت کردن هستیم.

پس جای تعجب نیست که تاکنون دانشمندان برای بهره‌برداری از این سیستم ذخیره‌سازی داده‌های طبیعی فوق‌العاده کارآمد، تحقیقات بی‌شماری انجام داده‌اند.

البته باید گفت که این کار موانع بسیاری دارد. کار کردن با DNA به نسبت شکننده است، نوشتن، خواندن، انتقال و پردازش اطلاعات روی آن به طور قابل اعتماد دشوار می‌باشد.

با وجود این، محققان در یک مطالعه جدید ادعا می‌کنند که سیستم جدیدی را طراحی کرده‌اند که می‌تواند این مشکلات را حل کند.

کلید حل این موانع یک ماده پلیمری نرم است که مانند یک داربست برای DNA عمل می‌کند و می‌تواند برای ذخیره‌سازی طولانی مدت آب شود و برای بازیابی دوباره، نیاز به آب دارد.

اورلین ولف، یکی از محققان این مطالعه گفت: «ما یک سری ساختارهای پلیمری ایجاد کرده‌ایم که آنها را دندریکولوئید می‌نامیم. آنها در مقیاس میکرو ایجاد، اما به روشی سلسله مراتبی از یکدیگر منشعب می‌شوند تا شبکه‌ای از الیاف در مقیاس نانو ایجاد کنند.»

وی تصریح کرد: «این مورفولوژی، ساختاری با مساحت سطح بالا ایجاد می‌کند که به ما امکان می‌دهد DNA را در بین نانوفیبریل‌ها بدون از بین بردن چگالی داده‌ها که در وهله اول آن را برای ذخیره داده‌ها جذاب می‌کند، رسوب کنیم.»

این روش به داده‌ها اجازه می‌دهد تا با تراکم فوق‌العاده بالا (10 PB در هر سانتی‌متر مکعب) ذخیره شوند.

دندریکولوئید می‌تواند بهتر از DNA خالی روی فایل‌ها نگه داشته شود و می‌تواند بیش از 170 چرخه آب‌زدایی/آب‌دهی مجدد را در مقایسه با 60 چرخه خالی انجام دهد.

مانند سایر تکنیک‌های داده‌های DNA، این تکنیک می‌تواند برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت بایگانی مناسب باشد.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که DNA ذخیره‌شده روی نانوفیبریل‌های پلیمری آنها نیمه‌عمری در حدود 6000 سال در دمای یخچال 4 درجه سانتی‌گراد دارد و اگر در دمای 18- درجه سانتی‌گراد منجمد شود، تا 2 میلیون سال عمر می‌کند.

برای نوشتن داده‌ها روی DNA، ابتدا الگوریتم‌ها آنها را به دنباله‌هایی از اسیدهای نوکلئیک تبدیل می‌کنند (حروف آشنای ACGT کد DNA).

بخش‌های خاصی از اطلاعات را می‌توان با استفاده از مولکول‌های RNA که داده‌ها را از DNA کپی می‌کنند، بازیابی و سپس آن RNA را توالی‌بندی کرد.

به این معنی که بر خلاف برخی از تکنیک‌های موجود، لازم نیست DNA را برای بازخوانی آن از بین برد.

همچنین سیستم جدید امکان محاسبات مستقیم در DNA را با استفاده از آنزیم‌ها فراهم می‌کند. این موضوع با حل مسائل سه × سه شطرنج و سودوکو توسط این سیستم نشان داده شد.

کوین لین، نویسنده اول این مطالعه نیز عنوان کرد: «توانایی تشخیص اطلاعات DNA از نانوالیافی که روی آنها ذخیره شده است، به ما اجازه می‌دهد تا بسیاری از عملکردهای مشابهی را که می‌توان با دستگاه‌های الکترونیکی انجام داد، اجرایی کنیم.»

وی توضیح داد: «ما می‌توانیم اطلاعات DNA را به صورت مستقیم از سطح ماده بدون آسیب رساندن به آن کپی کنیم. همچنین می‌توانیم قطعات هدف DNA را پاک و سپس روی همان سطح بازنویسی کنیم، که همانند حذف و بازنویسی اطلاعات ذخیره‌شده در هارد دیسک است.»

لین تأکید کرد: «به طور کلی این سیستم به ما کمک می‌کند تا بتوانیم طیف کاملی از عملکردهای محاسباتی و ذخیره‌سازی داده‌های DNA را انجام دهیم.»

سیستم جدید می‌تواند راه را نه تنها برای ذخیره‌سازی داده‌های DNA، بلکه توسعه رایانه‌های کامل آن هموار کند.

این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.

منبع:‌ North Carolina State University

نوشته امکان ذخیره‌سازی و پردازش داده‌ها در DNA فراهم شد اولین بار در تک ناک - اخبار دنیای تکنولوژی. پدیدار شد.