برنامه مایکروسافت برای ذخیره‌ اطلاعات در DNA

محققان شرکت مایکروسافت پژوهش‌های خود را در زمینه‌ی ذخیره‌سازی فیلم‌ها،اسناد و مدارک بر روی DNA توسعه دادند و در نهایت دستگاهی در حال طراحی است که در آینده‌ی نه چندان دور خواهد توانست با بهره‌گیری از علم زیست‌شناسی انواع و اقسام اطلاعات را بر روی DNA ذخیره کند.

کد خبر: ۱۶۲۳۰۹

تاریخ: ۰۹ خرداد ۱۳۹۶ - ۰۳:۴۰

دانشمندان زیست‌شناسی و حوزه‌ی تکنولوژی‌های مدرن بر این باورند که می‌توان از DNA برای ذخیره‌سازی اطلاعات همانند یک نوار کاست استفاده کرد.

در ادامه‌ی موضوع و با تایید این نظریه محققان شرکت مایکروسافت پژوهش‌های خود را در زمینه‌ی ذخیره‌سازی فیلم‌ها،اسناد و مدارک بر روی DNA توسعه دادند و در نهایت دستگاهی در حال طراحی است که در آینده‌ی نه چندان دور خواهد توانست با بهره‌گیری از علم زیست‌شناسی انواع و اقسام اطلاعات را بر روی DNA ذخیره کند.

به دنبال اشتراک‌گذاری نقشه‌ی راه (Road Map) کمپانی مایکروسافت در میان وبسایت‌های خبری بسیاری از دانشمندان و محققان حوزه‌ی فناوری از این اقدام مایکروسافت ابراز خشنودی کردند و خواستار همکاری ویژه‌ با مایکروسافت شدند. محققان و معماران کامپیوتر کمپانی مایکروسافت قصد دارند شروع به ذخیره‌سازی اطلاعات و داده‌ها بر روی رشته‌های DNA در سه سال آینده بکنند. انتظار می‌رود در پایان این دهه شاهد یک سیستم ذخیره‌سازی عملیاتی با استفاده از DNA و یک دیتا سنتر قدرتمند از سوی مایکروسافت باشیم.

به عنوان یک نظریه‌ی کارساز، یکی از بهترین روش‌ها برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده از یک فضای کوچک برای ذخیره‌سازی می‌باشد. نوار‌های کاست قدیمی نه تنها ارزان نیستند بلکه به اندازه کافی ناهموار بوده و برای نگهداری اطلاعات تا ۳۰ سال مناسب هستند همچنین این نوار‌ها می‌توانند در هر رول به اندازه‌ی یک ترابایت اطلاعات ذخیره کنند. اما در دو سال گذشته در تمام تاریخ بشر حجم وسیعی از اطلاعات تولید شده که در نوع خود بی سابقه بوده است. بدین ترتیب حتی نوار‌های کاست هم پاسخگوی این همه اطلاعات بشر تا پایان دهه نخواهند بود.

مواد بیولوژیکی مانند DNA شاید انتخاب عجیبی باشد برای ذخیره‌سازی مقادیر زیادی از اطلاعات دیجیتال اما همین DNA می‌تواند مقادیر زیادی از اطلاعات را در یک فضای کوچک ذخیره کند و برای بیش از ۷۰ سال این اطلاعات را در خود نگه دارد. در سال ۱۹۴۰ اروین فیزیکدان معروف پیشنهادی را ارائه داد که طی آن کد‌های اسکریپت می توانند به یک ساختار غیر‌تکراری و به عنوان یک کریستال نامتناوب تبدیل شوند. پیشنهاد او از تئوری‌های جیمز واتسون و فرانسیس کریک برای تعیین ساختار مارپیچ DNA بر اساس پژوهش‌هایی از روزالیند فرانکلین در تفکری از مکانیک زندگی، الهام گرفته شده بود.

در حالی که رشته‌های نوکلئیک اسید برای انتقال اطلاعات به داخل سلول‌های زنده برای میلیارد‌ها سال استفاده شده است نقش آن‌ها در IT و ذخیره‌سازی داده‌ها و اطلاعات برای اولین بار پنج سال پیش زمانی که یک متخصص ژنتیک دانشگاه هاروارد کتابی را با همین موضوع منتشر کرد، اعلام شد. بدین منظور در نظریه‌های ابتدایی برای داده‌های JPG و تصاویر کمتر از ۵۵۰۰۰ هزار رشته‌ی DNA در نظر گرفته شد.

از آن زمان تا به امروز این فناوری به نقطه‌ی عطف محققان و دانشمندان حوزه‌ی تکنولوژی‌های مدرن تبدیل شد و روز به روز پیشرفت‌های قابل توجه‌ای را در بر داشت تا اینکه دانشمندان به کشف بزرگی رسیدند و اعلام‌کردند که می‌توان ۲۱۵ پتابایت (۲۱۵ میلیون گیگابایت) از اطلاعات را در یک گرم از DNA ذخیره کرد. این روش درست است که یک روش جمع و جور و مطمئنی است اما فرایند ذخیره و ضبط داده‌ها و اطلاعات در یک فرم از توالی رشته‌های نوکلئیک اسید سریع و ارزان نیست.

به گفته ویکتور ژیرنف یکی از محققان مشهور در این زمینه، اگر بخواهیم تمام فیلم هایی که تاکنون به دست بشر تولید شده را بر روی DNA ذخیره کنیم به حجمی کمتر از یک حبه قند نیاز است زیرا DNA چگال‌ترین ماده‌ی شناخته شده‌ای است که امکان ذخیره اطلاعات دارد.

سال گذشته، کمپانی مایکروسافت تکنولوژی ذخیره‌سازی اطلاعات بر روی DNA را نشان داد طی یک آزمایشی با کد‌گذاری حدود ۲۰۰ مگابایت از اطلاعات در یک پروسه‌ی موفقیت‌آمیز بر روی پایه‌های DNA ذخیره‌سازی کردند. بنا به گفته‌ی MIT Review این پروسه می‌تواند هزینه‌ای در حدود ۸۰۰ هزار دلار برای خرید مواد با هزینه‌ی آزاد برای دولت ایالات متحده آمریکا داشته باشد. بدین ترتیب بازار‌های رقابتی ارزان‌ترین پیشنهاد‌ها را ارائه خواهند داد.

همچنین ذخیره‌سازی اطلاعات در این روش بسیار آهسته است چرا که داده‌ها با سرعت ۴۰۰ بایت در هر ثانیه ذخیره می‌شوند. مایکروسافت می‌گوید رسیدن به سرعت حدودی ۱۰۰ مگابایت در ثانیه انجام شدنی است. البته هنوز فاکتور‌هایی که باعث خواهند شد هزینه‌ی فرایند کاهش یابد و در مقابل سرعت انتقال و ذخیره‌سازی اطلاعات افزایش یابد در هاله‌ای از ابهام است. اما تجربه ثابت کرده است که هزینه‌ی مصرف فناوری‌های جدیدی که به نوعی با رشته‌های DNA در ارتباط هستند در چند سال اخیر کاهش یافته و بدین ترتیب تا پایان دهه به قیمت منطقی خواهند رسید. استفاده از DNA به عنوان ابزار ذخیره‌سازی اطلاعات کاملاً منطقیست، چون کارکرد اصلی آنها نیز همین است و تمام اطلاعات مربوط به یک شخص را در فضایی بسیار کوچک در خود نگهداری می کنند.

فرایند ثبت و حفظ اطلاعات در DNA هم شباهت زیادی به سخت افزارهای کنونی ما در ذخیره‌سازی دارد، با این تفاوت که به جای کد‌های ۰ و ۱ از چهار حالت A/G/C/T استفاده می کند. کاهش هزینه‌ی فرایند‌های مربوط به ذخیره‌سازی اطلاعات بر روی DNA نقش تعیین کننده‌ای در آینده این فناوری دارد. با این حال موانع زیادی پیش روی عمومی شدن این فناوری وجود دارد؛ اگرچه تعیین توالی DNA هر روز ارزان تر می شود، اما هنوز به اندازه کافی مقرون به صرفه نیست تا جایگزین حافظه فلش شود. در سال جاری شرکت «ایلومینا» (Illumina) اعلام کرد طی کمتر از ۱۰ سال هزینه تعیین توالی کل ژنوم انسان را به زیر ۱۰۰ دلار می رساند؛ طبیعیست که پیشرفت بیشتر در این حوزه می تواند مسیر دستیابی به سیستم های ذخیره سازی مبتنی بر DNA را کوتاه تر سازد.

حال باید منتظر بمانیم تا شاهد نتایج تحقیقات محققان شرکت مایکروسافت در این زمینه باشیم. به احتمال خیلی زیاد تا پایان سال جاری مرحله‌ی بعدی آزمایشات محققان در این حوزه اما در ابعاد وسیع‌تر صورت بگیرد.