ذخیرهسازی اطلاعات در DNA، روش آینده ذخیره اطلاعات
پژوهشگران درحال کار با سیستم ذخیرهی اطلاعات حیات یعنی DNA هستند تا بتواند حجم عظیمی از اطلاعات را در آن ذخیره کنند.
براساس گزارش شرکت نرمافزاری دمو، در سال ۲۰۱۸ در هر دقیقه، گوگل تعداد ۳/۸۸ میلیون جستوجو را اجرا کرد، مردم ۴/۳۳ میلیون ویدئو را از یوتیوب تماشا کردند، ۱۵۹٬۳۶۲٬۷۶۰ ایمیل، ۴۷۳ هزار توئیت و ۴۹ هزار تصویر نیز روی اینستاگرام پست شد. طبق برآوردها تا سال ۲۰۲۰، با فرض اینکه جمعیت جهان ۷/۸ میلیارد نفر باشد، حدود ۱/۷ مگابایت داده در هر ثانیه به ازای هر فرد تولید خواهد شد که معادل حدود ۴۱۸ زتابایت در یک سال است (۴۱۸ میلیارد هارد با ارزش اطلاعاتی یک ترابایت).
سیستمهای مغناطیسی یا نوری ذخیرهی اطلاعات که در حال حاضر این حجم از اطلاعات صفر و یک را نگهداری میکنند، معمولا بیش از یک قرن دوام ندارند. علاوهبراین، عملیات اجرایی مرکز دادهها انرژی بسیار زیادی مصرف میکند. بهطور خلاصه میتوان گفت ما در آستانهی یک مشکل جدی ذخیرهی اطلاعات قرار داریم که با گذشت زمان بدتر میشود.
بااینحال، پژوهشگران روش دیگری برای ذخیرهسازی اطلاعات توسعه میدهند که ذخیرهسازی بر پایهی DNA است. مولکول DNA که از زنجیرههای طویل نوکلئوتیدهای آدنین، تیمین، سیتوزین و گوانین تشکیل شده است، مادهی ذخیرهکننده اطلاعات حیات محسوب میشود. دادهها میتوانند در توالی این حروف ذخیره شوند و DNA را به شکل جدیدی از فناوری اطلاعات تبدیل کنند. اطلاعات موجود روی رشتهی DNA بهطور معمول تعیین توالی (خواندن) و سنتز (نوشتن) میشود و بهدقت و بهآسانی قابل نسخهبرداری است. همچنین، این مولکول بسیار پایدار است؛ کل ژنوم اسب فسیلشدهای که بیش از ۵۰۰ هزار سال پیش زنده بوده، تعیین توالی شده است.
علاوهبراین، ذخیرهی اطلاعات به انرژی چندانی نیاز ندارد. با همهی این مزایا، ظرفیت ذخیره آن، بیش از همهی نکات دیگر میدرخشد. DNA میتواند بهطور دقیق مقادیر عظیمی از اطلاعات را در تراکمی بیش از دستگاههای الکترونیکی ذخیره کند. برای مثال باکتری سادهی اشرشیاکلی را درنظر بگیرید که دارای تراکم ذخیرهسازی ۱۰۱۹ بایت در هر سانتیمتر مکعب است (براساس محاسباتی که در مقالهی جورج چارچ در مجلهی Nature Materials منتشر شده است)؛ در چنین تراکمی، ذخیرهی یک سال اطلاعات جهان، به مکعبی به ضلع یک متر از DNA نیاز خواهد داشت.
ایدهی ذخیرهسازی اطلاعات روی DNA تنها یک موضوع نظری نیست. در سال ۲۰۱۷، گروه چارچ در دانشگاه هاروارد از فناوری ویرایش DNA کریسپر برای ثبت تصاویر دست یک انسان درون ژنوم اشرشیاکلی استفاده کردند که با دقتی بیش از ۹۰ درصد خوانده شد. پژوهشگران دانشگاه واشنگتن و مؤسسهی پژوهشی مایکروسافت نیز یک سیستم کاملا خودکار برای نوشتن، ذخیره کردن و خواندن دادههای کدگذاریشده در DNA توسعه دادهاند. تعدادی از شرکتها از جمله مایکروسافت و توئیست بیوساینس نیز در حال کار روی فناوری پیشرفتهی ذخیرهی DNA هستند. DNA درحال حاضر بهوسیلهی پژوهشگرانی که با حجم عظیمی از اطلاعات سروکار دارند، بهعنوان روش جدیدی از مدیریت اطلاعات استفاده میشود.
پیشرفتهای اخیر در زمینهی تکنیکهای نسل جدید تعیین توالی امکان خواندن آسان و همزمان میلیاردها توالی DNA را امکانپذیر میکند. پژوهشگران بهکمک این قابلیت، میتوانند برای پیگیری نتایج تجربی، از روش بارکدگذاری استفاده کنند (استفاده از توالیهای DNA بهعنوان برچسبهای شناسایی). در حال حاضر از روش بارکدگذاری DNA برای تسریع روند پژوهشها در زمینههایی مانند مهندسی شیمی، علوم مواد و نانوفناوری استفاده میشود. برای مثال در مؤسسهی فناوری جورجیا، آزمایشگاه جیمز ای دالمن بهسرعت درحال شناسایی ژندرمانیهای بیخطرتر است. گروههای دیگری نیز در حال کشف این موضوع هستند که چگونه با مقاومت دارویی مبارزه و از متاستاز سرطان جلوگیری کنند.
از چالشهای رواج روش ذخیرهسازی اطلاعات در DNA، بحث هزینهها و سرعت خواندن و نوشتن DNA مطرح میشود که اگر قرار است این روش با ذخیرهسازی الکترونیک رقابت کند، باید کاهش بیشتری پیدا کند. حتی اگر DNA تبدیل به مادهی ذخیرهسازی جهانی نشود، این روش قطعا برای تولید اطلاعات در مقیاسهایی کاملا جدید و نگهداری انواع خاصی از اطلاعات برای مدتهای زمانی طولانی استفاده خواهد شد.
