رویکردی نو در ذخیره‌سازی اطلاعات در DNA: ارتقای پویایی و قابلیت تغییر مقیاس

تاریخ : ۰۴ آبان ۱۳۹۹

تعداد بازدید : ۱۴۵

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

پژوهشگران دانشگاه کارولینای شمالی رویکردی نوین در سیستم‌های ذخیره‌سازی اطلاعات مبتنی بر DNA توسعه داده‌اند که خواندن و اصلاح فایل‌های اطلاعاتی را بدون وارد کردن آسیب به آن‌ها انجام می‌دهد و ارتقای مقیاس را ساده‌تر می‌کند.

«بسیاری از سیستم‌های کنونی ذخیره‌سازی اطلاعات مبتنی بر DNA متکی بر واکنش زنجیره پلیمراز (PCR) هستند تا بتوانند به فایل‌های ذخیره‌سازی شده دسترسی پیدا کنند. این روش با وجود کارآیی بالایی که دارد، با چالش‌های مهمی نیز روبه‌روست. ما موفق به توسعه سامانه‌ای به نام «عملیات پویا و ذخیره‌سازی اطلاعات قابل استفاده مجدد (DORIS)» شده‌ایم که اتکایی به PCR ندارد. از این طریق برخی از موانع کلیدی مرتبط با عملیاتی نمودن فناوری‌های ذخیره‌سازی اطلاعات مبتنی بر DNA از میان رفته است. این نقل قول آلبرت کئونگ، استاد دانشکده مهندسی شیمی و زیست مولکولی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی است که فعالیت‌های اثربخشی را در این زمینه داشته است.

عملکرد سیستم‌های کنونی بر مبنای توالی‌های DNA است که با عنوان اتصال اولیه شناخته می‌شود و به انتهای زنجیره DNA که ذخیره‌کننده اطلاعات است، اضافه می‌شود. در مجموع می‌توان گفت که توالی اتصال اولیه DNA همانند نام یک فایل است. هنگامی که می‌خواهید به یک فایل دسترسی داشته باشید، زنجیره‌های DNA آن توالی را بازیابی می‌کنید.

بسیاری از موانع عملیاتی برای فناوری‌های ذخیره‌سازی اطلاعات مبتنی بر DNA حول استفاده از PCR برای بازیابی داده‌های ذخیره‌سازی شده است. سیستم‌هایی که متکی بر PCR هستند، باید دمای اجزای ژنتیکی ذخیره‌سازی شده را افزایش و کاهش دهند تا زنجیره‌های دوتایی DNA را از هم جدا کرده و توالی اتصال اولیه  را منتشر کنند. در اثر این فرآیند، همه توالی‌های DNA از جمله اتصال اولیه و توالی‌های مرتبط با ذخیره‌سازی داده آزاد می‌شوند و در «سوپی ژنتیکی» جابه‌جا می‌شوند. فناوری‌های موجود می‌توانند یافتن، بازیابی و کپی برداری DNA‌های مرتبط را به کمک روش PCR انجام دهند. تغییرات دمایی توسعه فناوری‌های کاربردی را با مشکل مواجه می‌کند. از سوی دیگر روش PCR به فایل اولیه که در حال بازیابی است، آسیب وارد می‌کند.

اما DORIS از رویکردی متفاوت استفاده می‌کند و به جای استفاده از DNA دو رشته‌ای به عنوان توالی اتصال اولیه، از یک «آویز» شامل یک رشته منفرد DNA (همانند دمی که در پشت DNA دورشته‌ای قرار دارد و اطلاعات را ذخیره‌سازی می‌کند) استفاده می‌کند. در روش‌های سنتی از نوسانات دما به منظور جداسازی DNA و یافتن توالی‌های اتصال اولیه استفاده می‌شد؛ در حالی که در این روش، بدون آسیب به DNA دو رشته‌ای می‌توان توالی‌های اتصال اولیه را پیدا کرد.

جیمز تاک استاد دانشگاه مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی اضافه کرد: «به عبارت دیگر، DORIS می‌تواند در دمای محیط فعالیت کند؛ در این صورت توسعه فناوری‌های مدیریت اطلاعات مبتنی بر DNA در جهان واقعی امکان‌پذیرتر خواهد بود.»

مزیت دیگری که عدم نوسان دمایی و جداسازی DNA به دنبال دارد، این است که توالی DNA در آویز همان توالی یافت شده در منطقه دو رشته‌ای فایل اطلاعات است. دستیابی به این هدف در سیستم‌های مبتنی بر PCR  دشوار است؛ زیرا سیستم نمی‌تواند تمایزی میان توالی‌های اتصال اولیه و توالی‌های مرتبط با ذخیره‌سازی اطلاعات قائل شود.

کوین لین، دانشجوی دکتری دانشگاه کارولینای شمالی که با آقای کئونگ در مسائل پژوهشی همکاری می‌کند، گفت: «در این روش تراکم اطلاعات سیستم افزایش می‌یابد و ارتقای مقیاس به منظور استفاده در پایگاه‌های داده بزرگتر آسانتر باشد.»

هنگامی که DORIS موفق به شناسایی توالی صحیح DNA شد، دیگر برای کپی‌برداری از فایل از PCR استفاده نمی‌کند و DNA را به RNA تبدیل می‌کند که در مراحل بعدی معکوس این فرآیند انجام می‌شود تا سیستم ذخیره‌سازی اطلاعات آن را بخواند. به عبارت دیگر DORIS از فایل اولیه برای خواندن اطلاعات استفاده نمی‌کند.

همچنین اصلاحاتی را می‌توان بر DNA‌های تک رشته‌ای اعمال کرد که این اصلاحات می‌تواند مواردی هم‌چون تغییر نام یا حذف و قفل کردن فایل‌ها باشد.

آقای کئونگ در توضیح نکات مثبت این سیستم افزود: «ما موفق به توسعه پروتوتایپ کاربردی DORIS شده‌ایم و با آزمایش‌های انجام شده متوجه شده‌ایم که کارکرد درستی دارد. اکنون در اندیشه ارتقای مقیاس، افزایش سرعت و خودکارسازی فرآیند هستیم تا سهولت استفاده از آن را افزایش دهیم.»

منبع : https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200612111427.htm

نظر شما