ذخیره اطلاعات روی دی‌.ان‌.ای ممکن شد

طبیعت مانند بسیاری از فناوری‌ها از نظر ذخیره اطلاعات از ما بهتر عمل می‌کند، چرا که فقط یک گرم دی. ان.‌ای می‌تواند ۲۱۵ میلیون گیگابایت داده را در خود جای دهد. اما سیستم‌های ذخیره سازی داده‌های دی. ان.‌ای مصنوعی به زودی می‌توانند به لطف فناوری جدیدی به نام "DORIS" که می‌تواند بدون آسیب رساندن به دی. ان. ای، اطلاعات را روی آن‌ها در دمای اتاق ذخیره کند و بخواند، عملی شوند.

هر سلول در بدن ما حاوی اطلاعات خارق العاده‌ای است که در دی. ان.‌ای رمزگذاری شده‌اند. بهره برداری از این سیستم به عنوان یک سیستم ذخیره سازی داده یک چشم انداز بسیار جالب است که دانشمندان می‌گویند تراکم شدید آن به ما این امکان را می‌دهد تا کل فضای اینترنت در دسترس را که حدود ۷۰۰ میلیارد گیگابایت تخمین زده شده است را در ابعاد یک جعبه کفش ذخیره کنیم.

همچنین در کنار آن، همراه چگالی، طول عمر ایجاد می‌شود. بهترین درایو‌های حالت جامد ما و دیسک‌های بلو-ری حتی در صورتی که در شرایط بهینه نگهداری شوند، حداکثر تنها چند دهه دوام دارند. از طرف دیگر، دی. ان.‌ای به طور بالقوه می‌تواند میلیون‌ها سال عمر کند.

متأسفانه به دلیل برخی فرآیند‌های چالش برانگیز در خواندن و نوشتن داده‌ها، این کار در مقیاس بزرگ عملی نیست. اما محققان دانشگاه ایالتی نورث کارولینا (NCSU) در مطالعه جدید خود پیشرفت جدیدی در غلبه بر برخی از این موانع داشته‌اند.

"آلبرت کونگ" نویسنده این مطالعه می‌گوید: بسیاری از سیستم‌های ذخیره سازی داده روی دی. ان.‌ای موجود برای دسترسی به پرونده‌های ذخیره شده به واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) متکی هستند که در کپی کردن اطلاعات بسیار کارآمد است، اما برخی از چالش‌های مهم را به همراه دارد.

وی افزود: ما سیستمی به نام "عملیات‌های پویا و ذخیره سازی اطلاعات قابل استفاده مجدد" یا "DORIS" ایجاد کرده‌ایم که به PCR متکی نیست. این سیستم به ما کمک کرده است تا برخی از موانع مهم پیش روی اجرای عملی فناوری‌های ذخیره داده روی دی. ان.‌ای را برطرف کنیم.

در سیستم‌های ساخته شده بر اساس PCR، اطلاعات در رشته‌های دی. ان.‌ای رمزگذاری می‌شوند که به طور آزاد در یک "سوپ ژنتیکی" شناور می‌شوند. دنباله‌های اتصال دهنده اصلی به انتهای این رشته‌ها وصل شده و مانند نام پرونده‌ها عمل می‌کنند. در صورت نیاز به یک پرونده خاص، از PCR برای جستجو در این سوپ برای یافتن دنباله اتصال مناسب استفاده می‌شود و اطلاعات موجود در رشته دی. ان.‌ای ضمیمه بازیابی و کپی می‌شود.

مشکل این است که برای رسیدن به این دنباله اتصال دهنده آغازگر، سوپ باید ابتدا گرم و سپس خنک شود تا دی. ان.‌ای دو رشته‌ای از هم جدا شود. این کار به تدریج پرونده‌های اصلی را از بین می‌برد و این بدان معنی است که فناوری گرمایش و سرمایش نیاز به ادغام دارد.

اما محققان مطالعه جدید می‌گویند سیستم آن‌ها این مشکلات را دور می‌زند. به نظر ساده می‌رسد؛ توالی‌های اتصال دهنده آغازگر سیستم DORIS از یک دی. ان.‌ای تک رشته‌ای ساخته شده است. این روش به سیستم اجازه می‌دهد پرونده‌ها و داده‌های رمزگذاری شده را بدون نیاز به جدا کردن رشته‌های دی. ان.‌ای پیدا و بازیابی کند.

"جیمز تاک" محقق این مطالعه می‌گوید: به عبارت دیگر، "DORIS" می‌تواند در دمای اتاق کار کند و توسعه فناوری‌های مدیریت داده‌های دی. ان.‌ای که در دنیای واقعی قابل استفاده هستند، امکانپذیر شده است.

محققان همچنین می‌گویند که این می‌تواند تراکم اطلاعاتی DORIS را تقویت کند و هنگام خواندن پرونده اصلی، آن را مستهلک نمی‌کند. این توالی‌های بزرگ همچنین می‌توانند در صورت نیاز اصلاح شوند، بنابراین کاربران می‌توانند پرونده‌ها را تغییر نام دهند یا حذف کنند و حتی آن‌ها را قفل کنند تا سایر کاربران نتوانند آن‌ها را پیدا کنند.

سیستم "DORIS" در حال حاضر یک اثبات مفهوم کارآمد است، اما محققان قصد دارند به منظور کارآمدتر کردن این سیستم به کار بر روی آن ادامه دهند.

"کونگ" می‌گوید: ما یک نمونه اولیه کاربردی از "DORIS" ساخته‌ایم، بنابراین می‌دانیم که کار می‌کند. ما اکنون علاقه مندیم که مقیاس آن را بزرگتر کنیم، آن را سرعت ببخشیم و آن را در دستگاهی قرار دهیم که این فرآیند را خودکار و آن را کاربرپسند کند.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.