تُظهر الطبيعة من خلال الحمض النووي كيف يمكن تخزين البيانات بطريقة توفير المساحة وبشكل طويل الأمد. كرسي علم الحيوانات الحيوية في جامعة فيرتسبورج يعمل على تطوير شرائح الحمض النووي لتكنولوجيا الحاسوب.
يشتهر الجزيء الوراثي الحمض النووي بقدرته على تخزين كميات هائلة من المعلومات على مر الزمن في مساحة صغيرة للغاية. ولهذا السبب، يسعى العلماء منذ حوالى عقد من الزمن إلى تطوير شرائح الحمض النووي لتكنولوجيا الحاسوب، خصوصاً لتخزين البيانات طويلة الأمد. ستكون مثل هذه الشرائح أفضل من الشرائح التقليدية المعتمدة على السيليكون من حيث كثافة التخزين والعمر الطويل والاستدامة.
تحتوي سلسلة الحمض النووي على أربع مكونات أساسية متكررة. يمكن استخدام تسلسل محدد من هذه المكونات لتشفير المعلومات، تماماً كما تفعل الطبيعة. لبناء شريحة الحمض النووي، يجب تخمير واستقرار الحمض النووي المشفر بنفس الطريقة. إذا نجح هذا العمل بشكل جيد، فإن المعلومات ستبقى صالحة لفترة طويلة جداً – يعتقد الباحثون أنها قد تصل إلى عدة آلاف من السنين. يمكن استرجاع المعلومات عن طريق قراءة وفك تشفير تسلسل الأربع مكونات الأساسية تلقائياً.
تحديات تخزين البيانات في الحمض النووي
“تم توضيح إمكانية تخزين البيانات الرقمية في الحمض النووي بسعة عالية وعمر طويل عدة مرات في السنوات الأخيرة”، يقول البروفيسور توماس دانديكار، رئيس كرسي علم الحيوانات الحيوية في جامعة يوليوس ماكسيميليان في فيرتسبورج. “ولكن تكلفة التخزين مرتفعة، تقارب 400,000 دولار أمريكي للميغابايت، ولا يمكن استرجاع المعلومات المخزنة في الحمض النووي بسرعة. يستغرق الأمر ساعات إلى أيام، اعتمادًا على كمية البيانات.”
يجب التغلب على هذه التحديات لجعل تخزين البيانات في الحمض النووي أكثر قابلية للتطبيق والتسويق. الأدوات المناسبة لذلك هي الإنزيمات المضبوطة بواسطة الضوء وبرمجيات تصميم شبكات البروتين. يناقش توماس دانديكار وأعضاء فريقه أمان أكاش وإيلينا بينكوروفا هذا في استعراض حديث نشروه في مجلة Trends in Biotechnology.
فريق دانديكار مقتنع بأن للحمض النووي مستقبل كوسيلة لتخزين البيانات. في المجلة، يظهر باحثو جامعة فيرتسبورج كيف يمكن أن تجعل مزيج من علم الأحياء الجزيئي وتقنية النانو، والبوليمرات الجديدة، والإلكترونيات، والأتمتة، بالإضافة إلى التطوير النظامي، تخزين البيانات في الحمض النووي أمراً مفيداً للاستخدام اليومي ممكناً خلال بضع سنوات.
تطوير مبتكر لشرائح الحمض النووي
في مركز الحيوانات الحيوية بجامعة فيرتسبورج، يعمل فريق دانديكار على تطوير شرائح الحمض النووي المصنوعة من النانوسيليلوز النصف موصلة المنشأ. “من خلال دليلنا على الفكرة، يمكننا أن نظهر كيف يمكن استبدال جزء من التقنيات الحالية للإلكترونيات وتكنولوجيا الحاسوب بمكونات علم الأحياء الجزيئي”، يقول البروفيسور. بهذه الطريقة، يمكن تحقيق الاستدامة وإعادة التدوير الكامل، والمتانة العالية حتى ضد النبضات الكهرومغناطيسية أو انقطاع التيار الكهربائي، وأيضاً كثافة تخزين عالية تصل إلى مليار جيجابايت للجرام الواحد من الحمض النووي.
يقيم توماس دانديكار تطوير شرائح الحمض النووي على أنه مهم للغاية: “سنستمر كحضارة في العمر الطويل فقط إذا قفزنا إلى هذا النوع الجديد من تكنولوجيا الحاسوب المستدامة التي تجمع بين علم الأحياء الجزيئي والإلكترونيات وتكنولوجيا البوليمر الجديدة.”
ما هو مهم بالنسبة للإنسانية، قال إنه يتعين علينا الانتقال إلى اقتصاد دائري يتناغم مع الحدود الكوكبية والبيئة. “علينا تحقيق ذلك خلال 20 إلى 30 عامًا. تكنولوجيا الشرائح هي مثال مهم على ذلك، ولكن التقنيات المستدامة لإنتاج الشرائح دون إلكترونيات متخلفة وتلوث بيئي ليست ناضجة بعد. تصورنا لشريحة النانوسيليلوز يقدم مساهمة قيمة في هذا السياق. في الورقة البحثية الجديدة، قمنا بدراسة نظرية لفكرتنا وتطويرها بمزايا مبتكرة من الأبحاث الحديثة.”
تحسين وسائط تخزين الحمض النووي بشكل أفضل
فريق دانديكار يعمل حالياً على دمج شرائح الحمض النووي المصنوعة من النانوسيليلوز النصف موصلة بشكل أفضل مع الإنزيمات المصممة التي قاموا بتطويرها أيضاً. الإنزيمات تحتاج أيضاً إلى تحسينات إضافية. “بهذه الطريقة، نرغب في تحقيق تحكم أفضل وأفضل في وسيلة تخزين الحمض النووي والقدرة على تخزين المزيد عليها، ولكن أيضاً توفير التكاليف وبالتالي تمكين استخدامها بشكل عملي كوسيلة تخزين في الحياة اليومية.”
المصدر : https://scitechdaily.com/dna-chips-the-billion-gigabyte-storage-solution-of-tomorrow/
