صار من الممكن تخزين البيانات الرقمية في شريط الحمض النووي DNA

من المعروف جيدًا أن ال DNA يقوم بتخزين معلوماتنا الوراثية. لكن هل يمكن استخدامه لتخزين البيانات الرقمية ؟

بفضل التكنولوجيا الحالية، تمكن العلماء من تخزين البيانات الرقمية في تسلسلات ال DNA. فبفعل كثافة بيانات ال DNA يمكن لغرام واحد من تخزين 215 مليون جيغابايت تبقى صالحة للقراءة لعدة ألفيات حتى في ظروف تخزين غير مواتية، وهذا يجعلها أكثر كفاءة من القرص الصلب.

يعتبر الحمض النووي الية لبرمجة جسم الإنسان فهو يقوم بتخزين المعلومات البيولوجية ، مثل لون البشرة وشكل ولون العين، يتكون الحمض النووي من أربعة مكونات أساسية: الأدينين A ، الجوانين G، السيتوزين C والثيمين T كل تركيبة من ثلاث من هذه النيوكليوتيدات تشكل ما يسمى بالكودون و هو الوحدة التي تعطي البروتينات المكونة لجسمنا.

طريقة تشفير البيانات

هناك عدة طرق للقيام بذلك ، لكن الفكرة العامة هي تعيين أنماط البيانات الرقمية لنكليوتيدات الحمض النووي. على سبيل المثال، لتخزين صورة يتم ترميزها على شكل ملف رقمي يتضمن سلسلة طويلة من الرقمين 0 و 1. و بعدها يمكن تشفيرالنكليوتيدات كما في الصورة أسفله. و هكذا يتم ترتيب النيوكليوتيدات لتشكيل شريط DNA حسب شيفرة الصورة المراد تخزينها.

كلما طال أمد خيط الحمض النووي (DNA) ، كلما صعب بناءه كيميائيًا. لذلك نحن بحاجة إلى تقسيم البيانات إلى أجزاء أصغر حيث تحتوي كل منها على حوالي 20 بايت فقط وإضافة مؤشر جيني على طرفي التسلسل. عندما يحين الوقت لقراءة المعلومات المخزنة على الحمض النووي، فإن هذا المؤشر يضمن بقاء جميع أجزاء البيانات في ترتيبها الصحيح.

الآن نعلم طريقة التشفير فكيف إذن يتم تخزين البيانات.

تخزين البيانات في شريط ال DNA

بعد تحديد الترتيب الذي يجب أن تدخل فيه الحروف، يتم اعتماد تفاعلات كيميائية بواسطة معدات تحمل زجاجات A و C و G وT لتصنيع تسلسل الحمض النووي حرفًا بحرف، تخلط في محلول سائل مع مواد كيميائية أخرى للتحكم في التفاعلات التي تحدد ترتيب فروع الحمض النووي الفيزيائية. تُحدث هذه التفاعلات الكيميائية العديد من الخيوط المتماثلة دفعة واحدة مما يضمن إنتاج عدة نسخ إحتياطية من السلسلة. بمجرد إنشاء فروع الحمض النووي ، يجب حمايتهم من التلف الناتج عن الرطوبة والضوء. لذلك يتم بتجفيفها ووضعها في وعاء يحفظها باردة بعيدا عن الماء والضوء.

استخراج البيانات من شريط ال DNA

لقراءة البيانات مرة أخرى بعد التخزين، تستخدم آلة التسلسل مثل تلك المستخدمة لتحليل الحمض النووي الجيني في الخلايا. لتحديد ترتيب القواعد النووية لعينة الحمض النووي في شكل سلسلة من الحروف والتي تمثل النيوكليوتيدات، ثم يتم بعد ذلك فك تشفيرها إلى تسلسل ال 0 و ال 1 بالترتيب الموافق للشيفرة. يمكن لهذه العملية أن تدمر الحمض النووي أثناء قراءته و هذا هو الدور الذي تلعبه النسخ الاحتياطية حيث من السهل عمل نسخ مكررة لإعادة التخزين عند نفاذها، تمامًا كما يحدث في الطبيعة حيث ينسخ الDNA طوال الوقت.

عمر النصف للحمض النووي يبلغ 500 سنة و هو العمر الذي يستغرقه نصف عدد روابطه لينكسر. و في ظروف مواتية تمتاز بالبرودة و انعدام الضوء يمكن لشريط الDNA أن يظل 200 ألف سنة بالإضافة إلى سعة تخزين تبلغ نظريا حوالي 455 مليون تيرابايت في كل غرام واحد من الدنا منفرد السلسلة .

في 21 يناير 2015 ، أعلن نيك جولدمان من المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية (EBI) ، عن تحدي دافوس في الاجتماع السنوي للمنتدى الاقتصادي العالمي. تم توزيع أنابيب اختبار تحتوي على عينات من ترميز الحمض النووي على الحاضرين، كل عينة تضم مفتاح خاص لعملة بيتكوين واحدة، امتدت مدة التحدي لثلاث سنوات.

في يناير 2018 و قبل أسبوع واحد من الموعد النهائي، تم الإعلان أن ساندر وويتس، طالب الدكتوراه البلجيكي في قسم الهندسة الحيوية بجامعة أنتويرب و وجامعة فريج بروكسل، أنه أول من أتقن طريقة فك شفرة المفتاح الخاص وحصل على البيتكوين حيث كانت قيمتها في 19 يناير 2018: حوالي 9500 يورو.

تحرير: رشيد هروس

المصادر: