تخزين المعلومات على الحمض النووي «DNA»
الكتابة ليست على الورق دومًا، أو على الأقراص الصلبة وشرائح الذاكرة الكهربائية، فقد حطمت جامعة واشنطن وباحثون من شركة مايكروسوفت ما كان يُعتقد أنّه الرقم القياسي للكميّة من المعلومات الرقمية التي تمّ تخزينها واستعادتها بنجاح داخل جزيئات الحمض النووي «DNA».
استطاع الفريق المكوَّن من علماء حاسوب ومهندسي كهرباء بنجاح تشفير ثمّ فكّ تشفير المقطع التالي:
(اضغط هنا)
إضافةً إلى الإعلان العالمي لحقوق الإنسان المترجم إلى مئة لغة، وأفضل مئة كتاب على مشروع غوتنبرغ، وقاعدة بيانات احتياطي البذور العالمي -وأشياء أخرى- كلّها تم تشفيرها على جدائل من الحمض النووي.
نشر لويس سيز، البروفيسور في علوم الحاسوب في جامعة واشنطن وأحد قادة المشروع في آخر الصحف الإنجاز الذي قامت به جامعة واشنطن ومختبر نُظم المعلومات الجزيئية، وهذا ما جاء في الصحيفة:
– لماذا يهتم الناس باستعمال الحمض النووي لتخزين معلومات رقمية؟
-لويس سيز: «يُنتج العالم بياناتٍ بمعدل عالٍ جدًّا، وتقنيات التخزين تحتاج إلى أن تسير على نفس المعدّل، يُعتبر الحمض النووي مُخزّنًا جزيئيًّا جديرًا بالملاحظة، فهو أكثف من كل وسائط التخزين الأخرى، وأظنّ أنّ قدرته العالية على التحمّل قد تصمد لآلاف السنين، ولا يمكن هجره أبدًا. وبما أنّنا نحن البشر كائناتٌ حيّةٌ تعتمد على الحمض النووي فإنّنا سنبقى مهتمين دومًا بقراءة وكتابة الحمض النووي».
– ما مدى سرعة نفاد مساحة التخزين التي نستعملها-من مقاطع فيديو القطط الظريفة إلى ترتيب أفضل الأسواق إلى البحوث الطبية المهمة-والتي ينتجها العالم؟
– لويس سيز: «إنّها سريعة جدًا، فنحن اليوم لا نستطيع تخزين كلّ البيانات التي ننتجها، بالتأكيد قد لا تكون الكثير من البيانات مفيدةً، لكنّ الفجوةَ تتسع. وهذا صحيح على وجه الخصوص لكلّ مقاطع الفيديو والبيانات الجينيّة التي سيتمّ إنتاجها خلال العقد القادم».
– كم يبلغ حجم البيانات التي استطاعت جامعة واشنطن وباحثو مايكروسوفت تخزينها واستعادتها بنجاح على جزيء الحمض النووي؟ وماذا تعلمتم من التجربة؟
– لويس سيز: «خزّنّا 200 ميغا بايت من البيانات. وقادَتْنا هذه التجربة إلى عدّة استنتاجاتٍ مهمّة، حيث إنّها طوّرت قدرتَنا على التلاعب بالمستودع الجينيّ للحمض النوويّ المُصنّع، وسمحت لنا أن نفهم بصورة أفضل ما هي نوعية الأخطاء التي تحصل وكيفية التعامل معها».
– لماذا اخترتم فيديو (This Too Shall Pass)؟
– لويس سيز: «أردنا أن نُخزّن شيئًا إبداعيًا بصيغة حديثة. وكان الفيديو ذو الدقّة العالية خيارًا طبيعيًا، وقد كان الفيديو ملائمًا جدًا. بالإضافة إلى وجود علاقة قوية بين آلات روب غولدبيرغ والأحياء الجزيئية. فقد أنتجت الطبيعة عددًا هائلًا من الآلات الجزيئية، وعندما نقترب كفايةً قد نستطيع أن نحاكي آلاتٍ معقدةً جدًا لكن يجب أن تكون ممّا يعتمد عليها كآلات روب غولدبيرغ، رغم أنّها من دون تسجيل صوتي!».
– كيف استطعتم إدخال البيانات الرقميّة إلى لبنات بناء بالحمض النووي؟
– لويس سيز: «من المثير للاهتمام أنّ جزيء الحمض النووي يحتوي على نكهة رقمية، بما أنّه يحتوي على أربع قواعد وجزيئات ملتصقة ببعضها البعض بطريقة مبرمجة جدًّا. إذن، فالخطوة الأولى لحفظ بيانات رقمية (ذات النظام الثنائي) داخل الحمض النووي هو عبر دمج أوتار (0،1) داخل الأوتار «T،G،C،A» (هذه هي نوكليوتيدات الحمض النووي وهي: الأدينين، السايتوسين، الجوانين والثايمين) ويتمّ بعد ذلك تصنيع الحمض النووي صناعيًا، إنّ تطور العلوم البيولوجية أدى إلى إمكانية تصنيع حمضٍ نووي بالاعتماد على السيليكون بطريقة يمكن أن تجعل العديد من السلاسل مختلفة في نفس الوقت، وبعد أن يتمّ تصنيع جزيئات الحمض النووي، توضع في أنبوب اختبار لكي تجف، وإذا ما تمّت حماية هذا الحمض النووي من الضوء والحرارة، فإنّه من الممكن أن يصمد لفترة طويلة جدًا، وأعني بذلك فترة طويلة جدًا!».
– كيف تستطيع أن تجد الملفات التي تبحث عنها واستعادتها؟
– لويس سيز: «عندما يريد شخص ما قراءة البيانات، فإنّ منظم الحمض النووي يقوم بإعادة قراءة الحمض النووي الذي يحدّد ما هو الترتيب للأحرف «T،G،C،A» التي تؤلف الجزيئات. من هذا استمدت خوارزميتنا طريقة استرجاع البيانات الأصلية، بغضّ النظر عن كون الكتابة الموثوقة على الحمض النووي فيها أخطاء، فأخطاؤها كأخطاء الأقراص الصلبة وشرائح الذاكرة الإلكترونية. إذن، نحن بحاجة إلى أن نطوِّر شيفرة موثوقة لتصحيح الأخطاء واستعادة البيانات، ونحتاج أيضًا إلى آلية متطورة للوصول العشوائيّ، ممّا يعني انتقاءك لقراءة البيانات التي تريدها فقط وليس جميع البيانات المخزنة. ونستطيع أن نفعل هذا بالاستعارة من الطبيعة مجددًا واستعمالنا الموسع لتطبيقات الحمض النووي -باستعمال تفاعل أنزيم البلمرة المتسلسل على وجه الخصوص-لنقل البيانات المطلوبة فقط».
– ما هو القادم بالنسبة لمختبر نُظم المعلومات الجزيئية؟
– لويس سيز: «هناك العديد من التحديات التي تواجه تيار تخزين البيانات على الحمض النووي، لكنّنا سنستمرّ بالتركيز على تطوير نظام مكتمل من خلال العمل مع مايكروسوفت وتعاوننا على تطوير علم الأحياء ولتخفيض التكلفة وزيادة سرعة قراءة وكتابة الحمض النووي».
ترجمة: عبدالله الصباغ
تدقيق: يسر شيشكلي
المصدر
