Digital Tهينك Tank (DTT)

Star Trek Today: التخزين الناجح للمعلومات الرقمية في الحمض النووي للكائن الحي

تخزن محركات الأقراص الثابتة وأنظمة تخزين البيانات الأخرى كميات هائلة من المعلومات اليوم. ومع ذلك ، تمامًا مثل الأشرطة الممغنطة أو الأقراص المرنة في الماضي ، يمكن أن تصبح هذه الأجهزة قديمة بمرور الوقت وسنفقد الوصول إلى البيانات التي نجمعها عليها. لهذا السبب طور العلماء طريقة لتحويل البيانات إلى الحمض النووي لتسجيل كائن حي. هذا النوع من "التخزين الشامل"ربما لن يصبح عفا عليه الزمن في المستقبل المنظور.

أشاد سيث شيبمان من جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو ، والذي لم يشارك في العمل ، بأداء زملائه من جامعة كولومبيا ، لكنه أشار إلى أنه سيمر وقت طويل قبل أن تجد مثل هذه الأنظمة تطبيقًا عمليًا.


إشارة إلى حلقة Star Trek: The Next Generation: الموسم 4 / الحلقة 95 - The Standgericht / The Drumhead

"في غضون ذلك ، اكتشف Worf كيف نقل J'Dan المعلومات السرية إلى Romulans. يجب معالجة J'Dan بواسطة الحقن تحت الجلد لمتلازمة بالتازار. ومع ذلك ، عندما فحص المحقنة ، وجد أنها كانت حقنة بصري واحد يحتوي على قارئ شرائح تم تصميمه خصيصًا لـ
لقراءة الرقائق المنعزلة لستارفليت. تُستخرج المعلومات الرقمية ثم تُشفَّر على شكل تسلسلات من الأحماض الأمينية ".


مصدر الصورة: Pixabay

يمكن العثور على مزيد من التفاصيل في طبيعة. (https://www.nature.com/articles/s41589-020-00711-4)


يتحدث العلماء عن تخزين البيانات في الحمض النووي منذ يوم أمس. حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين وسيلة جذابة للغاية. فهي تتيح تعبئة البيانات بكثافة تزيد عن 1000 مرة مقارنة بأقوى محركات الأقراص الثابتة ، مما يعني أنه يمكنك تخزين 10 أفلام في مساحة بحجم حبة الملح. نظرًا لأن الحمض النووي هو أيضًا عنصر أساسي في الأنظمة البيولوجية ، فمن المتوقع أن تصبح تقنيات كتابة وقراءة البيانات أرخص وأكثر كمالًا بمرور الوقت.

حتى الآن ، من أجل كتابة البيانات في الحمض النووي ، استخدم العلماء سلسلة من الآحاد والأصفار في مجموعات من أزواج قاعدة الحمض النووي ثم يتم تشفير البيانات في الحمض النووي. ومع ذلك ، نظرًا لأن دقة تخليق الحمض النووي تتناقص مع الطول ، يتم تصنيع الحمض النووي بطول 200-300 زوج قاعدي. يتم إعطاء معرّف فريد لكل جزء من هذه الأجزاء بحيث يُعرف بمكان وجود بيانات معينة. هذه طريقة مكلفة للغاية. يكلف ما يصل إلى 3.500 دولار لتخزين 1 ميغا بايت من المعلومات ، ويمكن أن تتحلل قوارير الحمض النووي بمرور الوقت.



لهذا السبب يحاول العلماء تسجيل البيانات في الحمض النووي للكائنات الحية ، والذي يمرر المعلومات بين الأجيال. في عام 2017 ، استفاد فريق Harris Wang في جامعة كولومبيا من تقنية كريسبرلاكتشاف الإشارات البيولوجية مثل وجود الفركتوز. عندما أضاف الباحثون الفركتوز إلى خلايا الإشريكية القولونية ، زاد التعبير الجيني في مستويات خارج الصبغيات جزيئات الحمض النووي، ما يسمى بالبلازميدات.

ثم تقوم المكونات التي تدافع عن البكتيريا ضد الفيروسات بتقطيع البلازميد مع الكثير من التعبير الجيني ، ويذهب جزء منه إلى جزء معين من البكتيريا الحمض النووييتذكر الهجمات الفيروسية. هذه القطعة الإضافية تمثل رقم "1." إذا لم تكن إشارة الفركتوز موجودة ، فإننا نتعامل مع رقم "0" رقمي.

نظرًا لأنه لا يمكن حفظ سوى عدد قليل من أجزاء البيانات بهذه الطريقة ، فقد استبدل وانج وزملاؤه الآن النظام القائم على الفركتوز بنظام كهربائي. لقد قاموا بتعديل بكتيريا الإشريكية القولونية بطريقة تزيد من تعبير البلازميدات استجابة للجهد الكهربائي المطبق. وبهذه الطريقة يمكنهم ترميز ما يصل إلى 72 بتًا من البيانات في الحمض النووي البكتيري ورسالة "مرحبًا بالعالم!" كتابة. أظهر العلماء أيضًا أنه يمكنهم إضافة الإشريكية القولونية إلى خليط قياسي من الكائنات الحية الدقيقة في التربة ثم تسلسل كل شيء لقراءة الرسالة المشفرة.

يؤكد وانغ أن هذه مجرد بداية للبحث. لا ننوي التنافس مع أنظمة تخزين البيانات الحالية. العلماء لديهم الكثير من العمل للقيام به. على سبيل المثال ، يحتاجون إلى إيجاد طريقة لحماية المعلومات من التدهور الناجم عن الطفرات في البكتيريا أثناء انقسام الخلية.