ذخيره سازي اطلاعات در DNA، راهي اجتناب‌ناپذير به سوي آينده
صاحب‌انديشه متخصصينان بزرگ فناوري فكر مي‌كنند كه زيست‌شناسي راه حلي براي اشكال ذخيره‌سازي ديتا خواهد بود. به نقل از محققان شركت مايكروسافت، اين شركت بر مبناي پژوهش‌هاي پيشين در مورد ذخيره‌سازي فيلم‌ها و مدارك در دي‌ان‌اي، دستگاهي توسعه داده كه با بهره‌گيري از زيست‌شناسي، توانسته است ابزارهاي معمول ذخيره‌سازي اطلاعات را كنار بزند.
متخصصان معماري كامپيوتر مايكروسافت مي‌گويند اين شركت در انديشه متخصصين دارد تا پايان دهه‌ي جاري ميلادي سيستم‌هاي ذخيره‌سازي بر پايه‌ي دي‌ان‌اي را درون يكي از پايگاه‌هاي داده‌ي خود به مرحله‌ي بهره‌برداري برساند. داگ كارمين، يكي از همين متخصصان مي‌گويد:
هدف فعلي ما طرح يك دستگاه نمونه خواهد بود كه در سه سال آينده به بهره‌وري مي‌رسد. دستگاه براي آزمايش، مقداري از داده‌هاي يكي از پايگاه‌هاي اطلاعاتي ما را در خود ذخيره خواهد كرد. ابعاد اين نمونه در نهايت به‌اندازه‌ي يك دستگاه زيراكس مدل ۱۹۷۰ خواهد بود.
مايكروسافت هدف جاه‌طلبانه‌ي ديگري نيز دارد؛ مبني بر اين‌كه نوارهاي گردان ضبط فيلم را با سيستم دي‌ان‌اي به‌روزرساني كند و آن را تحت برندي با نام Your Storage with DNA ثبت كند. تفاوت نوارهاي گردان با هاردديسك‌هاي امروزي، دسترسي ترتيبي در نوارهاي گردان برخلاف دسترسي تصادفي در هاردديسك‌هاي امروزي است. به اين معني كه ديسك‌گردان مي‌تواند داده‌ها را از قسمت‌هاي مختلف ديسك بخواند؛ ولي در نوار گردان، نوار بايد توسط دو چرخك بچرخد و تنها يك قسمت از نوار درآن‌واحد قابل خواندن است.
اين طرح‌ها نشان مي‌دهند شركت‌ها چقدر در ايده‌ي ذخيره‌ي ويدئو، عكس و ديگر داده‌هاي ارزشمند در مولكول‌هايي كه سازنده‌ي ژن‌هاي ما نيز هستند، جدي‌اند. ويكتور ژيرنف سرپرست گروه تحقيقاتي دانشمندان شركت Semiconductor Research Corporation درباره‌ي دليل اين امر بيان مي‌كند:
صنايع كامپيوتري در تمام جهان هميشه در تلاش‌اند تا ابعاد رايانه‌ها كوچك و كوچك‌تر شود و اين در حالي است كه كوچك‌تر كردن حافظه‌هاي فعلي با محدوديت‌هاي فيزيكي روبه‌رو شده است و به سخن ديگر نمي‌توان آن‌ها را جمع‌وجورتر از حالت فعلي ساخت. اما دي‌ان‌اي، توان ذخيره‌سازي حجم عظيمي از داده‌ها را در فضايي بسيار كوچك دارد. اگر بخواهيم تمام فيلم‌هايي را كه تاكنون به دست بشر ساخته شده‌اند، روي دي‌ان‌اي ذخيره كنيم، به فضايي بزرگ‌تر از يك حبه قند نياز نخواهيم داشت! بله؛ دي‌ان‌اي چگال‌ترين ماده‌‌ي شناخته‌شده با قابليت ذخيره‌ي اطلاعات در تمام عالم است. اين ادعا كاملا بر پايه‌ي قوانين فيزيك است. حالا دليل علاقه‌ي وافر غول‌هاي فناوري به حافظه‌هاي بر پايه‌ي دي‌ان‌اي را فهميديد و اين علاقه با توجه به پيش‌بيني رشد نمايي داده‌هاي ذخيره‌شده در سراسر جهان توجيه‌پذيرتر نيز مي‌شود.
ماه جولاي گذشته مايكروسافت به‌صورت عمومي اعلام كرد كه با ذخيره‌سازي ۲۰۰ مگابايت داده (يك موزيك-ويدئو) در يك رشته‌ي دي‌ان‌اي ركورد زده است. اين نتايج قبلا در ماه مارس و توسط كارن اشتراوس از محققان مايكروسافت و لوئيس چزه از دانشكده‌ي كامپيوتر دانشگاه واشينگتن تحت عنوان يك مقاله منتشر شده بود.
البته هنوز اشكالات زيادي تا رسيدن به يك حافظه‌ي متخصصدي بر پايه‌ي دي‌ان‌اي باقي مانده است. تبديل كدهاي ديجيتال دودويي به رشته‌ي دي‌ان‌اي (ساخته‌شده از ۴ نوع نوكلئونيد A ,B ,C و D) به دليل فرآيندهاي پيچيده‌ي شيميايي مورد استفاده در سنتز دي‌ان‌اي، بسيار طاقت‌فرسا و پرهزينه است. در اين پروژه‌ي مايكروسافت از ۱۳,۴۴۸,۳۷۲ قطعه دي‌ان‌اي استفاده شده است كه متخصصان ارزش تمام‌شده‌ي آن را ۸۰۰,۰۰۰ دلار تخمين مي‌زنند!
يانيو ارليخ استاد دانشگاه كلمبياي آمريكا كه اخيرا مقاله‌اي با عنوان رويكردي جديد براي ذخيره‌سازي داده روي دي‌ان‌اي منتشر كرده است، مي‌گويد:
اشكال اصلي ذخيره‌سازي اطلاعات روي دي‌ان‌اي، ارزش تمام‌شده‌ي آن است. بنابراين سؤال اينجا است كه آيا مايكروسافت توانسته اين اشكال را حل كند؟ بر اساس آنچه تابه‌حال منتشر شده است، اشاره‌اي به اين موضوع نشده ولي ممكن است مايكروسافت واقعا راه‌حل را پيدا كرده باشد؛ اين مسائل معمولا به دليل جاسوسي صنعتي و قوانين مالكيت فكري عمومي نمي‌شوند.
خود مايكروسافت نيز اعلام كرده است كه براي اين‌كه حافظه‌هاي بر پايه‌ي دي‌ان‌اي قابليت تجاري‌سازي پيدا كنند، بايد ارزش تمام‌شده اين فرآيند تا ۱۰,۰۰۰ برابر كاهش پيدا كند. بسياري از متخصصان اين حوزه، چنين كاري را ناممكن مي‌دانند؛ ولي مايكروسافت همچنان اميدوار است نياز صنايع كامپيوتري مانند قبل چنين پيشرفت‌هايي را رقم بزند.
خودكار شدن فرايند نوشتن داده‌هاي ديجيتال به شكل دي‌ان‌اي نيز ضروري است. كارمين با توجه به مدت‌زمان لازم براي آزمايش اخير مايكروسافت و حجم داده‌ها حدس مي‌زند كه سرعت نوشتن داده‌ها نبايد بيش‌تر از ۴۰۰ بايت بر ثانيه باشد و بنا به اعلام خود مايكروسافت، راه زيادي باقي است تا اين سرعت به مقدار مطلوب ۱۰۰ مگابايت بر ثانيه برسد.
البته خواندن داده‌هاي ذخيره‌شده به شكل دي‌ان‌اي فرآيند آسان‌تري است. اين وظيفه توسط يك دستگاه فوق‌سريع توالي‌يابي دي‌ان‌اي و مشابه با عمليات خواندن داده‌ها در هاردديسك‌هاي امروزي صورت مي‌گيرد. مايكروسافت پيش‌بيني مي‌كند كه افزايش اين سرعت به ميزان حتي ۲ برابر، مي‌تواند براي قابليت تجاري‌سازي كفايت كند.
از آنجا كه بازنويسي داده‌ها به شكل دي‌ان‌اي بسيار كند خواهد بود، پيش‌بيني مي‌شود استفاده‌هاي اوليه از اين فناوري به موقعيت‌هاي خاصي محدود شود. براي مثال اطلاعاتي كه بايد براي مقاصد قانوني و حقوقي ذخيره شوند و نبايد تغيير در آن‌ها رخ دهد و نبايد پاك شوند. مانند ويد‌ئوهاي دوربين‌هاي امنيتي يا سوابق پزشكي. يكي از مديران روابط عمومي مايكروسافت اعلام كرده است كه اين موضوع هنوز فقط درون شركت مطرح است و نمي‌توان جزئيات آن را بيان كرد.
مايكروسافت در زمينه‌ي ساخت دي‌ان‌اي با شركت توئيست بيوساينس همكاري مي‌كند. اين شركت در سان‌فرانسيسكو واقع شده و يكي از شركت‌هاي متعددي است كه به‌تازگي در اين زمينه‌ي آينده‌دار مشغول به فعاليت شده‌اند. از ديگر شركت‌هاي مطرح اين حوزه مي‌توان DNAScript، Nuclera Nucleics، Evonetix، Molecular Assemblies، Catalog DNA، Helixworks و Genome Foundry را نام برد.
يكي از رويكرد‌هايي كه اين شركت‌هاي نوپا به آن اميدوارند، جايگزيني روش قديمي (۴۰ ساله) ساخت دي‌ان‌اي با روشي است كه بدن ما دي‌ان‌اي مي‌سازد؛ يعني با استفاده از آنزيم‌ها. جين بولوت از شركت تكنيكالر واقع در لس‌آلتوس كه سرپرست گروهي از محققان در اين زمينه است، مي‌گويد:
دانشگاه هاروارد روي اين پژوهش‌ها سرمايه‌گذاري كرده و جورج چرچ متخصص ژنوميك از اين دانشگاه، در اين زمينه به نتايج اميدواركننده‌اي رسيده است. با اطمينان بالايي امسال به نتايج مثبت بيشتري نيز خواهيم رسيد. شركت تكنيكالر هم اكنون در حال مذاكره با استوديوهاي بزرگ فيلم‌سازي است. بسياري از فيلم‌هاي اين استوديوها كه پيش از ۱۹۵۱ ساخته و روي نوارهاي سلولوئيدي ذخيره شده بودند، از بين رفته‌اند. نگهداري از حلقه فيلم‌هاي باقي‌مانده نيز بسيار پرهزينه و نيازمند فضاهاي بزرگ است. ذخيره‌سازي روي دي‌ان‌اي با عمر بالا و اشغال فضاي بسيار اندك، كمك بسيار بزرگي به اين شركت‌ها خواهد كرد.
شركت ژيرنف نيز از سال ۲۰۱۳ روي امكان‌پذيري تجاري ذخيره‌ي اطلاعات به فرم دي‌ان‌اي تحقيق مي‌كند و مايكروسافت، اينتل و بسياري شركت‌هاي ديگر مشتري اطلاعات آن هستند. ويكتور ژيرنف بيان مي‌كند:
ابتدا متخصصان دستگاه‌هاي ذخيره‌ي اطلاعات كه عموما با مواد نيمه‌رسانا ازجمله سيليكون كار مي‌كردند، فكر مي‌كردند دي‌ان‌اي مانند بافت بدن تخريب‌پذير و درنتيجه براي ذخيره‌ي اطلاعات نامناسب است. درحالي‌كه دي‌ان‌اي شايد صدها و حتي هزاران مرتبه از دستگاه‌هاي سيليكوني عمر بيشتري دارد. اين مولكول شديدا پايدار است و بازيابي آن از ماموت‌هايي كه هزاران سال پيش مرده‌اند، مؤيد همين موضوع است. اما مزيت اساسي دي‌ان‌اي چگال بودن آن است. يك ميلي‌متر مكعب از دي‌ان‌اي مي‌تواند ۱,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ بايت اطلاعات ذخيره كند و امروز در صنعت و بازاريابي، كوچك‌تر ساختن، از هر چيزي مهم‌تر است.
اگر الان بخواهيد يك فلاپي ديسك قديمي را بخوانيد، احتمالا به‌اندازه‌ي خواندن نگاره‌هاي هيروگليف سنگ‌نوشته‌هاي باستاني به دردسر خواهيد افتاد! اما يك مزيت ديگر براي ذخيره‌سازي داده‌ها به فرم دي‌ان‌اي اين است كه احتمالا هرگز منسوخ نخواهد شد. همان‌طور كه كارمين مي‌گويد:
ما تا زماني كه انسان هستيم به خوانش دي‌ان‌اي ادامه خواهيم داد.
هم انديشي ها