در اینجا آمده است که چگونه DNA ذخیره سازی داده ها را متحول می کند و به ما کمک می کند تا با میلیون ها گیگابایت اطلاعاتی که هر روز تولید می کنیم کنار بیاییم.
در طول دهه ها، فناوری ذخیره سازی تکامل یافته و بهتر شده است. از سی دی ها و فلاپی دیسک ها به درایوهای هارد و حالت جامد منتقل شده است. اما با این حال، ما یک مشکل داریم: میزان ذخیره سازی موجود و در حال تولید نمی تواند با داده هایی که ما تولید می کنیم مقابله کند.
بنابراین، آیا ذخیره DNA مشکل را حل می کند؟ آیا داده ها را می توان در DNA ذخیره کرد؟
ذخیره سازی داده های DNA چیست؟
ذخیره سازی داده های DNA فرآیند استفاده از مولکول های DNA به عنوان یک محیط ذخیره سازی است. برخلاف شکل‌های نوری و مغناطیسی فناوری‌های ذخیره‌سازی امروزی، داده‌های DNA به صورت ارقام باینری (یعنی 1 و 0) ذخیره نمی‌شوند. در عوض، آنها در پایگاه های نوکلئوتیدی DNA (A، C، G، T) کدگذاری شده و ذخیره می شوند. این رشته ها سپس در صورت نیاز به ارقام باینری تبدیل می شوند.
در حال حاضر، بیش از 11 تریلیون گیگابایت داده وجود دارد که هر روز حداقل 2.5 میلیون گیگابایت به آن اضافه می شود. رسانه های ذخیره سازی داده های موجود در جهان نمی توانند با این افزایش عظیم همراهی کنند. ذخیره سازی DNA یکی از راه حل های این مشکل ذخیره سازی است.
ذخیره سازی داده های DNA چگونه کار می کند؟
DNA مخفف دئوکسی ریبونوکلئیک اسید است. این یک مولکول آلی پیچیده است که حامل اطلاعات ژنتیکی یک موجود زنده است. در همه انسان ها یافت می شود و اطلاعاتی مانند رنگ پوست، رنگ چشم، قد و سایر ویژگی های فیزیکی و بیولوژیکی را ذخیره می کند.
یک مارپیچ DNA دارای جفت های متعدد و متناوب از چهار پایه منحصر به فرد است. آنها آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین (T) هستند. این بازها به صورت جفت به مارپیچ DNA متصل می شوند که جفت باز نامیده می شوند. دو جفت باز عبارتند از آدنین – تیمین و گوانین – سیتوزین.
داده ها به صورت ارقام باینری (1 و 0) در محاسبات سنتی ذخیره می شوند. در ذخیره سازی داده های DNA، چهار باز نوکلئوتیدی (A، C، G، T) داده ها را ذخیره و رمزگذاری می کنند. اطلاعات در جایگشت های سه پایه نوکلئوتیدی به نام کدون ذخیره می شود.
ذخیره سازی DNA شامل سه فرآیند است: کدگذاری داده ها، سنتز و ذخیره آن و رمزگشایی آن. کدهای باینری حاوی اطلاعات با استفاده از یک الگوریتم به کدهای DNA یا کدون ترجمه می شوند. سپس آنها را در یک ظرف در یک محیط خنک و تنظیم شده قرار می دهند. اطلاعات حامل DNA را می توان در محلول منجمد کرد، به صورت قطرات ذخیره کرد یا روی تراشه های سیلیکونی ذخیره کرد.
دانشمندان در تلاش هستند تا خواندن ذخیره‌سازی DNA را سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر کنند. در حال حاضر، داده های ذخیره شده در DNA باید به آزمایشگاه برده شوند تا به اطلاعات دودویی بدون خطا رمزگشایی شوند و زمان زیادی طول می کشد.
به این ترتیب، ممکن است مدتی طول بکشد تا دستگاه‌های ذخیره‌سازی داده‌های DNA تبدیل به دستگاه‌های ارزان قیمتی شوند که عموم مردم استفاده می‌کنند.
تحقیقات بیشتری روی فناوری ذخیره‌سازی DNA انجام می‌شود و هنوز روش‌های ذخیره‌سازی موجود را به آسانی از بین نخواهد برد. اما طی چند سال، با پیشرفت‌های تحقیقاتی و تکنولوژیکی بیشتر، داده‌ها در DNA ذخیره می‌شوند و مشکلات فضا، امنیت و تخریب را حل می‌کنند.
ظرفیت ذخیره سازی داده های DNA چقدر است؟
ذخیره سازی داده های DNA راه حل ترجیحی برای مشکل کمبود ذخیره سازی است زیرا می تواند مقادیر زیادی داده را در فضای بسیار کمی ذخیره کند. یک گرم DNA می تواند 215 پتابایت داده را ذخیره کند. یک پتابایت 1024 ترابایت است. بنابراین یک گرم DNA می تواند تقریباً 220160 ترابایت ذخیره کند.
آن را با فناوری فعلی مقایسه کنید: یک هارد دیسک یک ترابایتی تقریباً 400 گرم وزن دارد. بنابراین، برای ذخیره مقدار معادل داده ای که یک گرم DNA نگه می دارد، به بیش از 88 میلیون گرم هارد دیسک نیاز دارید.
با این اطلاعات، محققان می گویند که تمام داده های موجود در جهان در حال حاضر می توانند با استفاده از ذخیره داده های DNA در یک جعبه کفش جا شوند.
مزایای ذخیره سازی DNA چیست؟
استفاده از ذخیره سازی DNA به عنوان یک رسانه ذخیره سازی مزایای زیادی نسبت به ذخیره سازی دیجیتال دارد. ظرفیت ذخیره سازی داده بالا، طول عمر قابل توجهی طولانی تر از سایر اشکال ذخیره سازی، فشرده بودن، حساسیت کم به خرابی های فنی و الکتریکی و قابلیت تکرار را فراهم می کند.
تراکم ذخیره سازی
مزیت اصلی ذخیره سازی DNA نسبت به سایر محیط های ذخیره سازی، چگالی ذخیره سازی است. حتی اگر داده های خود را از راه دور بر روی ابر یا NAS ذخیره می کنید، آنها همچنان در سرورها و مراکز داده بزرگ ذخیره می شوند. این مراکز داده به بزرگی استادیوم های فوتبال هستند و میلیاردها دلار برای ساخت و نگهداری هزینه دارند. این موضوع در مورد ذخیره سازی داده های DNA یکسان نیست.
ذخیره سازی داده های DNA به شما این امکان را می دهد که حجم عظیمی از داده ها را در یک فضای بسیار فشرده ذخیره کنید. از این رو مشکلات فضا، هزینه های نگهداری و کمبود تجهیزات ذخیره سازی کاهش می یابد.
ماندگاری
تجهیزات ذخیره سازی دیجیتال موجود امروزی به دور از دوام هستند. همه آنها مستعد پوسیدگی و زوال هستند. فروپاشی دیجیتال تجزیه تدریجی داده های ذخیره شده در رایانه است که سالانه میلیون ها نفر را تحت تأثیر قرار می دهد.
نیمه عمر DNA 500 سال است. هنگامی که در یک محیط بهینه و تنظیم شده ذخیره می شود، داده های ذخیره شده در DNA می تواند برای صدها سال در دسترس باشد.
تکرارپذیری
به دلیل تخریب داده ها، داده ها در مراکز داده باید پس از مدتی کپی و به سخت افزار دیگر منتقل شوند تا اطلاعات ذخیره شده حفظ شود. این فرآیند اغلب دست و پا گیر است.
داده های ذخیره شده در DNA به راحتی قابل تکثیر هستند. یکی از روش هایی که دانشمندان آزمایش کرده اند، وارد کردن DNA با اطلاعات ذخیره شده در یک باکتری است. سپس این باکتری – به تنهایی – نسل دیگری از باکتری ها را که دارای همان اطلاعات ذخیره شده در DNA اول هستند، بدون هیچ گونه خطا یا از دست دادن، تکثیر می کند.
آیا ذخیره داده های DNA آینده ذخیره سازی است؟
کاملا صادقانه، بله. ذخیره سازی داده های DNA مطمئناً تمام جعبه های راه حل برای مشکلات ذخیره سازی امروزی را مشخص می کند. امروزه توسط شرکت‌هایی که می‌خواهند آرشیوهای گسترده‌ای از اطلاعات را که نیازی به دسترسی منظم به آنها ندارند، حفظ کنند، استفاده می‌شود.
متأسفانه، مدت زیادی طول می کشد تا ذخیره سازی DNA یک گزینه ذخیره سازی معمولی و مقرون به صرفه در دسترس عموم باشد. در این بین، ما باید با دقت بهترین فرمت ذخیره سازی را برای ذخیره سازی طولانی مدت داده ها انتخاب کنیم.