عصر اطلاعات به یک فناوری جدید ذخیره‌سازی داده‌ها نیاز دارد. شاید DNA برای ارائه چنین فناوری مناسب باشد. محققان هفت حرف جدید به الفبای مولکولی DNA اضافه کردند و یک فناوری توالی‌یابی دقیق و کامل برای خوانش این حروف ایجاد کردند. این نوآوری‌ها به تبدیل DNA به یک پلتفرم ذخیره‌سازی داده‌های قوی و پایدار که مناسب عصر اطلاعات است کمک کرد.
۷ باز مصنوعی جدید به DNA برای ذخیره‌سازی اطلاعات اضافه شد!
این سناریو آنقدرها هم که به نظر می رسد غیرممکن نیست. کسری طباطبایی، محقق موسسه علوم و فناوری پیشرفته بکمن و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: «DNA سیستم اصلی ذخیره‌سازی داده‌های طبیعت است. ما می‌توانیم از آن برای ذخیره هر نوع داده نظیر تصاویر، ویدئو و موسیقی استفاده کنیم.»
گسترش ساختار مولکولی DNA و توسعه یک روش دقیق توالی یابی جدید، محققان این تیم تحقیقاتی را قادر ساخت تا مارپیچ دوگانه DNA را به یک پلتفرم ذخیره‌سازی داده قوی و پایدار تبدیل کنند. نتایج کار این تیم در Nano Letters به چاپ رسیده است.
چائو پان، دانشجوی فارغ‌التحصیل در دانشگاه ایلینوی اوربانا-شامپین و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «DNA اگر نگوییم بهترین گزینه، یکی از بهترین گزینه‌ها، برای ذخیره داده‌های آرشیوی است.»
DNA به گونه‌ای طراحی شده است که در سخت‌ترین شرایط زمین گاهی برای ده‌ها هزار سال قابل نگهداری است. دانشمندان می‌توانند رشته‌های DNA فسیل شده را توالی‌یابی کنند تا تاریخچه ژنتیکی یک موجود را کشف کنند.
طباطبایی که دانشجوی سال پنجم دکتری است، گفت: «هر روز چندین پتابایت داده در اینترنت تولید می‌شود. تنها یک گرم DNA برای ذخیره این میزان داده کافی است. DNA به‌عنوان یک مدیا برای ذخیره‌سازی متراکم داده‌ها مناسب است.»
در طبیعت، هر رشته DNA حاوی چهار ماده شیمیایی است،آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین، که اغلب با حروف اول A، G، C و T به آنها اشاره می‌شود.
محققان ظرفیت گسترده DNA را برای ذخیره‌سازی اطلاعات با افزودن هفت باز مصنوعی به ترکیب چهار حرفی موجود گسترش دادند.
الفبای انگلیسی را تصور کنید. اگر فقط چهار حرف برای استفاده داشتید، می‌توانستید تعداد زیادی کلمه بسازید. اگر الفبای کامل را داشته باشید، می‌توانید ترکیب‌های بی حد و حصری از کلمات ایجاد کنید. در مورد DNA هم همین‌طور است. به جای تبدیل صفر و یک به A، G، C و T، می‌توانیم صفر و یک را به A، G، C، T و هفت حرف جدید تبدیل کرده و ذخیره‌سازی اطلاعات را انجام دهیم.
از آنجایی که این تیم اولین گروهی است که از نوکلئوتیدهای اصلاح شده شیمیایی برای ذخیره اطلاعات در DNA استفاده می کند، آنها برای یک چالش منحصر به فرد نوآوری ارائه کردند. همه فناوری‌های فعلی قادر به تفسیر رشته‌های DNA اصلاح شده شیمیایی نیستند. برای حل این مشکل، آنها یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی را با هم ترکیب کردند تا اولین روش بازخوانی توالی DNA را در نوع خود ایجاد کنند.
راه‌حل آنها می تواند مواد شیمیایی اصلاح شده را از مواد طبیعی تشخیص دهد و هر یک از هفت مولکول جدید را از یکدیگر متمایز کند.
این ترجمه بی‌نقص حرفی به لطف نانوحفره‌ها انجام می‌شود. نانوحفره‌هایی که یک رشته DNA به راحتی می‌تواند از آن عبور کند. این تیم دریافتند که نانوحفره‌ها می‌توانند تک تک واحدهای مونومر را در امتداد رشته DNA شناسایی و از هم تفکیک کنند.
