ذخیره اطلاعات مایکروسافت بر روی DNA تا سه سال آینده

ذخیره اطلاعات مایکروسافت بر روی DNA تا سه سال آینده



کمپانی مایکروسافت اعلام کرده‌ است که در طی سه سال آینده تمامی اطلاعات این شرکت را روی ‌DNA ذخیره خواهد کرد.

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از Science Alert ، از نظر تئوری، اگر از DNA مانند نوار مغناطیسی برای ذخیره اطلاعات استفاده کنیم این امکان وجود دارد که بتوان تمامی اطلاعاتی را که انسان تا به حال ثبت و ضبط کرده است در فضایی به اندازه یک گاراژ جا دهیم.

شرکت تویست بیوساینس (Twist Bioscience) اولیگونوکلئوتیدهایی از مولکول DNA با طول رشته‌ی ۱۰ میلیون را در اختیار غول نرم‌افزاری دنیای تکنولوژی قرار داده است تا مایکروسافت به وسیله‌ی آن بتواند پروژه‌ی «فناوری اطلاعات ماقبل تاریخ» خود را عملی کند.

هدف از پروژه‌ی فناوری اطلاعات ماقبل تاریخ (prehistoric information technology) ذخیره‌سازی ایمن اطلاعات مهم به مدت بسیار طولانی است.

درست مانند کامپیوترها، مولکول‌های DNA هم اطلاعات را در واحدهای گسسته رمزگذاری می‌کنند؛ با این تفاوت کهDNA برای ذخیره‌ی اطلاعات به جای «صفر» و «یک» از ۴نوکلئوتید با نام‌های A، C، G و T استفاده می‌کند. رشته‌های بلند DNA از توالی این ۴ نوکلئوتید ساخته می‌شوند و ترتیب خاص این نوکلئوتیدها تعیین کننده‌ی اطلاعات خاصی است که مولکول DNA آن را حمل می‌کند.

بر خلاف سیستم‌های فعلی ذخیره‌سازی اطلاعات که نیاز به نگهداری مستمر دارند و فضایی زیادی را اشغال می‌کنند، DNA پس از هزاران سال همچنان قابل خواندن است و فضای فوق العاده کمی را نیز اشغال می‌کند.

مثال جالبی از ماندگاری بالای اطلاعات در مولکول‌های DNA، استخراج آن‌ها از جسد ماموت‌های پشمالوی ماقبل تاریخ توسط دانشمندان است. DNA این ماموت‌ها به قدری سالم بوده است که عملاً می‌توان با شبیه‌سازی این موجودات ماقبل تاریخ، بار دیگر آن‌ها را به صحنه‌ی حیات وحش سیاره‌ی زمین بازگرداند.

شرکت تویست بیوساینس می‌گوید تمام اطلاعات دیجیتالی که امروزه در جهان وجود دارد را می‌توان در کمتر از ۲۰ گرم DNA ذخیره کرد.

قیمت ذخیره‌سازی اطلاعات در DNA در سال‌های اخیر به شدت افت کرده است. وقتی دانشمندان در سال ۲۰۰۳ ژنوم انسان، که چیزی بیش از ۳ میلیارد نوکلئوتید طول دارد را تعیین توالی کردند، هزینه‌ی پروژه بیش از ۱ میلیارد دلار تمام شد. امروزه می‌توان DNA ها�� شبیه به آن را با حدود ۱۰۰۰ دلار خواند و دستورات ژنتیکی را با استفاده از ابزارهای مصنوعی بیولوژیک نوشت.

تویست بیوساینس در وبسایت خود در این باره می‌نویسد:

با استفاده از روش‌های ارزان قیمت تعیین توالی DNA و روش‌های سنتز جدید، تویست بیوساینس و مایکروسافت خواهند توانست تئوری ذخیره‌ی اطلاعات بر روی DNA را عملی کنند. هدف از این پروژه توسعه‌ی روش‌هایی است که هم عملی باشند و هم در مقیاس بالا بتوان از آن‌ها استفاده کرد. قابلیت کدگذاری اطلاعات دیجیتال در رشته‌های DNA پیشرفت بزرگی در تکنولوژی ذخیره‌سازی اطلاعات است؛ چرا که مولکول‌های DNA بسیاری از محدودیت‌های ابزارهای سنتی ذخیره‌سازی اطلاعات مانند عمر محدود، فرمت/استاندارد دائمی و چگالی کم را ندارند.

استفاده از DNA برای ذخیره‌سازی اطلاعات از این جهت عملی است که دیگر حوزه‌های علمی هم به شدت به کار کردن بر روی آن علاقه دارند. تویست بیوساینس در این باره می‌گوید:

تا زمانی که حیات بر مبنای DNA بر روی زمین وجود داشته باشد، تکنولوژی خواندن DNA هم وجود خواهد داشت و این تضمین کننده‌ی قابلیت خوانده شدن و بازگردانی اطلاعات در آینده است. علاوه بر این، با توجه به رشد روز افزون اهمیت تکنولوژی‌ها بر اساس DNA در تحقیقات پزشکی و علمی، فشار متداومی برای بهبود تکنولوژی‌های خواندن و نوشتن DNA وجود دارد.

پروژه‌ی مایکروسافت و تویست بیوساینس می‌تواند در نهایت باعث شود که کامپیوترهای آینده به جای هارد درایوهای با قابلیت «خواندن و نوشتن» اطلاعات، مجهز به «تعیین کننده‌ی توالی DNA» (DNA sequencer) و «سنتز کننده‌ی DNA» باشند.

محققان مایکروسافت اعلام کردند که در آینده‌ای نزدیک شروع به ذخیره اطلاعاتشان روی رشته‌های DNA می‌کنند. انتظار می‌رود این کمپانی در طی دهه آینده، صاحب سیستم ذخیره‌سازی عملیاتی شود که مرکز اطلاعاتی آن از DNA استفاده می‌کند.

هر چقدر هم که قدیمی به نظر برسد اما هنوز یکی از بهترین‌ راه‌های ذخیره اطلاعات با حجم بسیار بالا در فضای بسیار کوچک استفاده از نوارهای مغناطیسی است. این روش نه تنها ارزان‌قیمت است، بلکه قادر به نگه داشتن اطلاعات تا 30 سال است و هر رشته DNA می‌تواند یک ترابایت اطلاعات را در خود ذخیره کند.

اما وقتی این را در نظر می‌گیریم که اطلاعات تولید شده تنها در دو سال گذشته بیشتر از اطلاعات به دست‌ آمده در تاریخ بشریت است؛ ممکن است در طی چند دهه آینده حتی نوارهای مغناطیسی هم از پس ذخیره‌سازی آنها برنیایند.

ممکن است در نگاه اول، یک ماده بیولوژیکی مانند DNA برای پشتیبانی از مقادیر زیاد اطلاعات دیجیتالی انتخاب عجیبی به نظر برسد اما انسان حدودا 70 سال پیش به توانایی این ماده در حمل و ذخیره حجم عظیمی از اطلاعات در فضای بسیار کوچک پی برد.

در دهه 1940 میلادی، اروین شرودینگر فیزیکدان «کد نویسی» وراثتی را معرفی کرد که می‌توانست ساختارهای غیرتکراری را جمع آوری کند. وی آن را به کریستالی نامتناوب تشبیه کرد.

پیشنهاد وی، منشاء الهام جیمز واتسون و فرانسیس کریک شد تا ساختار مارپیچ DNA را براساس تحقیقات روزالیند فرانکلین شناسایی کنند و بدین ترتیب جرقه انقلاب درک مکانیک حیات زده شد.

با وجود اینکه رشته اسید نوکلئیک چندین میلیارد سال است که به عنوان وسیله‌ای برای پر کردن اطلاعات سلول‌های زنده مورد استفاده قرار می‌گیرد اما نقش آن در ذخیره اطلاعات تکنولوژی برای اولین بار پنج سال قبل کشف شد؛ وقتی که یک متخصص ژنتیک دانشگاه هاروارد مطالب کتاب خود، شامل اطلاعات فایل‌های تصویری، را در 55 هزار رشته DNA کدنویسی کرد.

از آن پس، تکنولوژی به سویی پیش رفته است که دانشمندان موفق به ثبت 215 پتابایت (215 میلیون گیگابایت) اطلاعات روی یک گرم DNA شدند. شاید کار کمی به نظر برسد اما ذخیره اطلاعات روی توالی اسید نوکلئیک کار سریع و ارزانی نیست.

سال گذشته، مایکروسافت از تکنولوژی ذخیره‌سازی اطلاعات در DNA رونمایی کرد که تنها در طی یک فرآیند 200 مگابایت اطلاعات در شکل 100 اثر کلاسیک ادبیات را در چهار پایه یک DNA کدنویسی می‌کرد.

در صورت استفاده از مواد با قیمت بازار آزاد، این فرآیند تقریبا 800 هزار دلار هزینه دارد؛ بدین معنا که نیاز است فرآیند کدنویسی DNA چندین هزار دلار ارزان‌تر شود تا به گزینه مقرون به صرفه‌ای تبدیل شود.

همچنین این فرآیند بسیار کند است؛ اطلاعات با سرعت تقریبی 400 بایت در ثانیه ذخیره می‌شود. به گفته مایکروسافت این سرعت باید به 100 مگابایت بر ثانیه برسد تا بتوان از آن استفاده کرد.

هنوز مشخص نیست که مایکروسافت چه راه‌حلی برای کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت پیدا کرده است اما در سال‌های اخیر تکنولوژی‌های جدید باعث کاهش قی��ت توالی ژن‌ها شده است بنابراین شاید مایکروسافت با تعیین موعدی 10 ساله برای این کار واقع بینانه‌ای عمل کرده باشد.

حتی در دهه آینده هم این فرآیند تنها برای مشتریانی قابل دسترس خواهد بود که مایل به پرداخت هزینه ذخیره‌سازی تخصصی باشند، مانند آرشیو اطلاعات امنیتی یا پزشکی. انتظار نمی‌رود که در طی یک دهه این روش جایگزین روش‌های ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ کنونی شود.

سرعت تولید اطلاعات توسط بشر در سال‌های اخیر به قدری افزایش یافته است که دستگاه‌های ذخیره‌سازی متداول فعلی دیگر پاسخگوی نیاز ما نیستند. به بیان دیگر تا چند سال آینده سرعت تولید اطلاعات از سرعت تولید ابزارهای ذخیره سازی پیشی خواهد گرفت Microsoft. قصد دارد با ذخیره‌سازی اطلاعات دیجیتال روی مولکول‌های DNA بر این مشکل غلبه کند.