ذخیره سازی یک فیلم سینمایی بر روی DNA

ذخیره سازی اطلاعات یکی از مهم ترین اصول بقای انسان هاست و پس از نقاشی های عصر حجر،دست نوشته های کاغذی و سی دی و اطلاعات ذخیره شده بر روی هارد درایو ها امروز می توانیم اطلاعات خود را بر روی واحد های بیوزیستی همچون دی ان ای ذخیره کنیم.

ذخیره سازی یک فیلم سینمایی بر روی DNA

به گزارش کلیک ،ذخیره اطلاعات قطعا یکی از مهم ترین اصول برای بقای نسل بشر است،در عصر حجر انسان ها اطلاعات خود را به منظور حفظ و نیز انتقال آنها به نسل های بعدی بر روی دیواره غار ها به صورت نقاشی هایی حک می کردند،با پیشرفت و توسعه بشر و اختراع زبان بعد ها ذخیره اطلاعات ما به صورت دست نوشته هایی بر روی کاغذ ثبت و نگهداری می شد و با رسیدن عصر دیجیتال و پیشرفت روزانه فناوری شاهد به وجود آمدن وسایلی چون نوار کاست،فیلم وی اچ اس،فلاپی،دیسک نوری و هارد درایو ها بوده ایم،اما تلاش انسان برای یافتن راه هایی برای ثبت و نگهداری بهینه تر اطلاعات به اینجا ختم نشد و چند سالی است که زمزمه هایی به گوش می رسد که نشان از تلاش دانشمندان برای ذخیره سازی اطلاعات بر روی واحد های بیوزیستی همچون دی ان ای دارد،این پروسه برای اولین بار در سال ۲۰۱۲ انجام شد و دانشمندان در آن سال موفق شدند تا برای اولین بار اطلاعات را به صورت زبان باینری بر روی دی ان ای ذخیره کنند و با تحقیق و مطالعه سخت کوشانه دانشمندان از سال ۲۰۱۲ تا کنون امروز دانشمندان موفق شده اند تا فشرده ترین ذخیره سازی اطلاعات تاریخ را انجام دهند و در اولین اقدام در پی کشف این متد جدید آنها توانسته اند تا یک فیلم سینمایی،یک سیستم عامل کامپیوتری و اطلاعات مربوط به حساب یک کارت هدیه آمازون را بر روی واحد کوچکی از دی ان ای ذخیره نمایند.

محققان به تازگی موفق شده اند تا برای اولین بار متد علمی جدید خود را که به عنوان بهینه ترین تکنیک ذخیره سازی اطلاعات تاریخ از آن یاد می شود با موفقیت آزمایش کنند،این تکنیک که بر اساس دانشنامه عنصری دی ان ای کار می کند توانسته تا به سقف محاسبات تئوری تا به امروز محققان در مورد بیشترین حجم اطلاعات قابل ذخیره بر روی یک نوکلئوتید دست پیدا کند و محاسبات تئوری را به دنیای واقعی بیاورد.

با به کار گیری الگوریتمی که دانشمندان از آن به عنوان سرچشمه دی ان ای یاد می کنند،محققان توانستند تا یک فیلم کوتاه سینمایی،یک سیستم عامل کامل کامپیوتری و اطلاعات مربوط به حساب یک کارت هدیه آمازون را بر روی واحد کوچکی از دی ان ای ثبت و ذخیره کنند،زیاد هم متعجب نباشید چون این تازه اول کار است،محققان مذکور معتقدند که با پیشرفت و توسعه این متد جدید در آینده بشر قادر خواهد بود تا کل اطلاعات موجود در جهان هستی را درون حجمی به اندازه یک اتاق خواب ذخیره کند.

استفاده از دی ان ای به عنوان ابزاری برای ذخیره اطلاعات نه تنها ایده ای جذاب و بدیع است بلکه این ایده باعث می شود تا اطلاعات ذخیره شده پایداری و نیز ماندگاری بیشتری را در طول زمان داشته باشند،همه ما می دانیم که ابزار های فعلی ما برای ذخیره سازی اطلاعات عمر محدودی داشته و استفاده مکرر و نیز گذشت زمان به زوال تدریجی و نهایتا از بین رفتن آنها می انجامد.

یانیو الریچ دانشمند مطرح حوزه علوم کامپیوتر از دانشگاه کلمبیا در این باره می گوید:دی ان ای همچون کاست و یا سی دی با گذشت زمان مسطهلک نخواهد شد و هیچگاه شاهد از بین رفتن آن نخواهیم بود.

البته همانطور که در ابتدای این مطلب گفته شد ذخیره سازی اطلاعات بر روی دی ان ای به خودی خود مسئله جدیدی به حساب نمی رود و این اتفاق برای اولین بار در سال ۲۰۱۲ نمود پیدا کرد و مجریان این اتفاق علمی تاریخی نیز دانشمندان دانشگاه هاروارد بوده اند،در آن سال محققان ارشد دانشگاه هاروارد موفق شدند تا ۵۳۴۰۰ کتاب متنی را بر روی مولکول های دی ان ای شبیه سازی شده در آزمایشگاه ذخیره کنند،آنها در ادامه این آزمایش توانستند تا اطلاعات ذخیره شده را از طریق تکنیک توالی دی ان ای بازیابی کرده و به کتاب های متنی دسترسی پیدا کنند.

از آن زمان تا به امروز تیم های تحقیقاتی متعددی بر روی بهینه سازی تکنیک ها در این حوزه فعالیت کرده و موفقیت هایی را هم به نمایش گذاشته اند،یکی از موسسه هایی که بر روی بهینه سازی این متد فعالیت های گسترده ای داشته شرکت مایکروسافت است،مسئولین پروژه مذکور در شرکت مایکروسافت سال گذشته ادعا کردند که موفق شده اند تا بهره وری تکنیک ذخیره سازی اطلاعات بر روی واحد های دی ان ای را در مقایسه با کار انجام شده توسط محققان دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۱۲ بیست برابر افزایش دهند.

در ادامه تحقیقاتی که توسط تیم های تحقیقاتعی مختلف و در سزتاسر دنیا انجام می شود دکتر الریچ و همکارانش از جمله خانم دینا زیلینسکی از مزکز ژنوم نیویورک مدعی شده اند که می توانند با استراتژی جدیدی که بر پایه این تکنیک طراحی کرده اند بهینه سازی ذخیره سازی اطلاعات بر روی دی ان ای را در مقایسه با پروژه انجام شده دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۱۲ به ۱۰۰ برابر برسانند،این دانشمندان در واقع بزرگترین ادعای مطرح شده در باره ذخیره سازی اطلاعات بر روی واحد های دی ان ای تا به امروز را با خود به همراه آورده اند،آنها می گویند که قادر هستند تا با به کار گیری تکنیک تازه و اختصاصی خود در این حوزه حجمی از اطلاعات معادل با ۲۱۵ پتابایت را بر روی تنها یک گرم از دی ان ای ذخیره سازی نمایند.

اگر بخواهیم ادعای محققان مذکور را کمی برایتان شفاف سازی کنیم تا بتوانید درک درست تری از آن داشته باشید باید بگوییم ۱ پتابایت اطلاعات معادل حجم مورد نیاز برای ذخیره مدت زمان ۱۳٫۳ سال از یک ویدئوی فول اچ دی می باشد!احتمالا پس از تصویر سازی ای که درباره این حجم از اطلاعات در ذهن خود انجام می دهید نگاه تحقیر آمیزی به هارد درایو رومیزی اکسترنال خود بیاندازید!

در قلب سیستم طراحی شده دانشمندان به منظور ذخیره سازی اطلاعات بر روی واحد های دی ان ای الگوریتمی وجود دارد که سابقا به منظور کشف و نیز ترمیم Error های احتمالی در پروسه استریم کردن ویدئو ها ابداع شده بود.

به گفته محققان می توان از همین تکنیک به منظور پیشگیری از وقوع Error به هنگام بازخوانی اطلاعات باینری ذخیره شده بر روی دی ان ای استفاده نمود،گفتنی است که اطلاعات باینری به منظور ذخیره سازی بر روی واحد های دی ان ای باید ابتدا به صورت ترکیبی از الفبای ابتدایی نوکلئوتید ها که A،G،C و T هستند ترجمه گردد.

دکتر الریچ در مصاحبه با نشریه IEEE Spectrum در این باره می گوید:باید توجه داشته باشیم که همه مولکول های دی ان ای به یک صورت ساخته نمی شوند،برای مثال مولکول های دی ان ای ساخته شده از واحد های همسان نوکلئوتید ها همچون AAA برای عملیات انفورماتیک هیچ فایده ای نخواهند داشت و بازخوانی اطلاعات از روی این نوع از مولکول ها بدون پیش آمدن Error کار بسیار پیچیده ای است و به همین دلیل باید از تولید مولکول های دی ان ای با ساختار های مشابه پرهیز کنیم.

الگوریتم ابداعی محققان به این منظور طوری طراحی شده که از وقوع Error به هنگام بازخوانی اطلاعات ذخیره شده بر روی واحد های دی ان ای جلوگیری نماید،در این الگوریتم محققان در واقع طرح شماتیک کلی ای را از نحوه شکل و شمایل اطلاعات ذخیره شده بر روی دی ان ای ترسیم و نگهداری می کنند تا بتوانند اطلاعات بازخوانی شده از روی واحد های دی ان ای را در صورت نیاز با آنها انطباق دهند.

استفاده از این الگوریتم بدین معناست که شما نه تنها قادر خواهید بود تا واحد دی ان ای مورد نظر را در مواقع ضروری و در صورت نابودی آن از نو بسازید بلکه خود این الگوریتم باعث بهینه سازی هرچه بیشتر عملیات ذخیره سازی اطلاعات و به کار گیری حجم هرچه کمتر دی ان ای برای نگهداری حجم بسیار بالای اطلاعات است.

دکتر الریچ در مصاحبه با خانم کاترین لیندمن از نشریه ResearchGate در این باره گفت:ما نشان دادیم که می توانیم به صورتی قابل اطمینان اطلاعات را بر روی دی ان ای ذخیره سازی نماییم و این امر هم نتیجه به کار گیری تکنیک خاصی است که مدت ها برای ابداعش کار کرده بودیم،به زبانی ساده تر می خواهم به شما بگویم که ذخیره سازی اطلاعات بر روی دی ان ای با بهینه سازی بیشتر از این تقریبا غیر ممکن می باشد.

برای آزمایش این سیستم دکتر الریچ و همکارانش ۵ فایل را فشرده سازی و سپس آنها را بر روی بافت دی ان ای ذخیره کردند،این فایل ها عبارت اند از:یک فیلم کوتاه و کلاسیک فرانسوی به نام Arrival of a train at la ciotat،یک سیستم عامل کامل کامپیوتری،یک ویروس کامپیوتری به نام Pioneer Plaque،اطلاعات حساب یک کارت هدیه ۵۰ دلاری آمازون و یک مقاله دانشگاهی نوشته شده توسط یک دانشمند رشته انفورماتیک به نام کلاود شانون.

حجم کلی فایل های فشرده شده به هنگام انتقال به ساختار دی ان ای واقعا پایین و چیزی در حدود ۲ مگابایت بوده است،اما نکته مهم و حیاتی در هنگام این عملیات این بوده است که دانشمندان بتوانند اطلاعات ذخیره شده بر روی دی ان ای را بازخوانی کرده و از بروز Error های احتمالی با خبر شوند،همانطور که پیشتر گفتیم دکتر الریچ و دیگر همکارانش در این پژوهش از الگوریتمی استفاده می کنند که بازخوانی اطلاعات از روی دی ان ای را ساده تر می کند.

انتقال همین ۲ مگابایت از اطلاعات باینری به ساختار مولکولی دی ان ای نیازمند ۷۲۰۰۰ شاخه کوچک از ساختار شبکه ای دی ان ای بود،محققان نهایتا موفق شدند تا اطلاعات را بر روی این واحد بیوزیستی از دی ان ای ثبت کرده و آن را درون یک محفظه شیشه ای کوچک حمل نمایند و سپس دکتر الریچ و همکارانش به لطف به کار گیری الگوریتم منحصر به فردشان به منظور بازخوانی اطلاعات ذخیره شده بر روی ساختار دی ان ای موفق شدند تا اطلاعات ذخیره شده را بدون بروز حتی یک Error بازخوانی نمایند.

نتیجه این پژوهش واقعا حیرت انگیز است اما باید بدانیم که این فناوری به این زودی ها در اختیار مردم عادی قرار نخواهد گرفت و دلیل اصلی این امر نیز هزینه سرسام آور آن است،باید بدانید که به منظور ذخیره سازی فایل فشرده ای که تنها ۲ مگابایت حجم داشت بر روی ساختار دی ان ای مذکور ابتدا هزینه ای ۷۰۰۰ دلاری به ساخت دی ان ای مصنوعی در آزمایشگاه تخصیص یافت و سپس ۲۰۰۰ دلار دیگر برای توالی سازی در ساختار این دی ان ای تولیدی صرف گردید.

دکتر الریچ گمان می کند که برای اینکه این فناوری به دست عموم مردم برسد چیزی در حدود بیش از یک دهه زمان لازم است،وی معتقد است که حتی در آن زمان هم ممکن است این فناوری به طور انحصاری در اختیار اقشار خاصی از دنیا قرار گیرد،برای مثال ممکن است فقط و فقط از آن برای ذخیره اطلاعات بیماران در سیستم پزشکی استفاده گردد.

دکتر الریچ در مصاحبه با اوا بوتکین کواکی از نشریه The christian Monitor در این باره می گوید:هنوز در مراحل ابتدایی ذخیره سازی اطلاعات بر روی دی ان ای هستیم و هنوز زمان زیادی برای توسعه این فناوری باید صرف شود،مطمئنا نتیجه آزمایش ما هر چند موفقیت آمیز بود اما نباید بدین معنا تلقی شود که شما در آینده ای نزدیک می توانید به فروشگاه رفته و یک هارد درایو مبتنی بر دی ان ای خریداری نمایید.

ارسال نظر