تم تعديل الحمض النووي لجعله يخزن البيانات بشكل أسرع 350 مرة

لقد تم استخدام الحمض النووي لسنوات لتخزين البيانات، ولكن تشفير المعلومات في الجزيء هو عمل شاق. والآن، قام الباحثون بتسريع هذه العملية بشكل كبير من خلال محاكاة العملية البيولوجية الطبيعية التي تحرك التعبير الجيني. قد يؤدي هذا إلى تقنيات دائمة لتخزين بيانات الحمض النووي.

على الرغم من أن جرامًا واحدًا من الحمض النووي يمكنه تخزين مئات الملايين من الجيجابايت من البيانات، إلا أن التكنولوجيا المستخدمة في ذلك ليست قابلة للتطبيق بشكل كامل بعد. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن عملية تشفير البيانات في الحمض النووي تتطلب تصنيع كل جزيء “من الصفر” بعد تصميمه لتشفير جزء معين من المعلومات.

وقد طورت لونج تشيان – من جامعة بكين في الصين – وزملاؤها الآن طريقة لكتابة المعلومات على الحمض النووي بكفاءة أكبر.

يقول هاريس وانج من جامعة كولومبيا في نيويورك، والذي لم يشارك في هذا العمل: “إن التشبيه الجيد هو استخدام الآلة الكاتبة، حيث يتعين عليك كتابة كل حرف، بدلاً من الطباعة”. “يمكنهم في الأساس الحصول على كل شيء [the information] على “الورقة” دفعة واحدة.”

قام الفريق بتحويل خيوط طويلة من الحمض النووي إلى رمز ثنائي، وهو تسلسل من 1 و0 يستخدم في الحوسبة لتخزين البيانات. لقد بدأوا بقوالب الحمض النووي الجاهزة التي كانت بمثابة قاعدة أضافوا عليها خيوط الحمض النووي الأقصر، على غرار خيوط الخرز على الخيط. ثم استخدموا تفاعلًا كيميائيًا لإضافة مجموعة الميثيل، وهي جزيء مصنوع من الكربون والهيدروجين، إلى بعض هذه “الخرزات”. تصبح الخرزات الميثلة 1s من الكود الثنائي والخرزات غير الميثلة تكون بمثابة 0s.

يقول تشيان إن الخلايا تستخدم بشكل طبيعي نفس عملية المثيلة “لتعديل الحمض النووي دون تغيير التسلسل الأساسي، مما يسمح لها بتخزين طبقات إضافية من المعلومات التنظيمية بشكل ثابت مع مرور الوقت”. وقد توصلت هي وزملاؤها إلى كيفية تنفيذ هذه العملية عدة مرات في وقت واحد، بالتوازي، عن طريق إضافة رمز شريطي خاص إلى كل قالب. وهذا يتيح لهم كتابة 350 وحدة من المعلومات، أو البتات، على عينة الحمض النووي مرة واحدة، وهو ما يزيد مئات المرات عن المعيار السابق الذي كان يقتصر على بت واحد فقط في كل مرة.

وفي الاختبارات، قاموا بتخزين صورة الباندا وفرك على شكل نمر من الصين القديمة، ثم استعادوها باستخدام جهاز تسلسل الحمض النووي بمساعدة خوارزمية تصحيح الأخطاء. وتم إعادة إنتاج الصور المستردة بدقة تصل إلى 97% أو أكثر.

أخيرًا، جعلوا العملية مريحة للغاية بحيث تمكن 60 طالبًا متطوعًا من ممارسة تخزين النص في عينات الحمض النووي باستخدام أدوات افعلها بنفسك والتي تضمنت معدات كيميائية بسيطة لتفاعل المثيلة وبرنامج كمبيوتر يترجم كلماتهم إلى رموز. وعلى الرغم من أن هؤلاء المتطوعين لم يتدربوا سابقًا على العمل مع الحمض النووي، إلا أن معدلات الخطأ في عملية التشفير الخاصة بهم كانت أقل من 2%. يقول تشيان إن هذا يمكن أن يؤدي إلى “طابعات الحمض النووي المكتبية أو مجموعات التخزين [that] يمكن تطويرها للاستخدام في المنزل أو في المؤسسات الصغيرة، مما يمكّن المستخدمين من عمل نسخة احتياطية من البيانات الشخصية المهمة، مثل المستندات القانونية أو الصور الرقمية، في شكل يمكن أن يستمر لعدة قرون.

يقول وانغ إن التكنولوجيا المعتمدة على الحمض النووي يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص لتخزين الأرشيف، وبينما قد تسقط أقراص التكنولوجيا والأشرطة المغناطيسية في نهاية المطاف على جانب الطريق، فهو يعتقد أن تسلسل الحمض النووي سوف يستمر في التحسن.