وقتی DNA الگوی ساخت پرقدرت‌ترین حافظه جهانی می‌شود/ گامی دیگر برای کشف رازهای سر به مهر آفرینش
19 ارديبهشت 1395 ساعت 9:11
یافتن راه‌های جدید برای ذخیره اطلاعات مسئله مهمی در جهان امروز است که جهان را به سمت ساخت رایانه‌های مبتنی بر دی ان ای برده است؛ بر این اساس سال‌هاست علوم تحول گرا، حیاتی و راهبردی و کاربردهای آن در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی تدریس می‌شود و امید است با توسعه کار گروهی دانشمندان جوان و با بهره گیری از خلاقیت‌ها و تفکر و اندیشه در ذات خلقت و کشف رمزهای نهفته در درون موجودات زنده، راه حل‌هایی ایمن و اساسی برای حل مشکلات بشر کشف شود.
به گزارش سرویس اجتماعي تفتان ما، به نقل از خبرگزاری سینا، چند روز پیش، شرکت مایکروسافت اعلام کرد؛ از DNA مصنوعی برای ذخیره داده‌های بزرگ استفاده خواهد کرد.
شرکت مایکروسافت با یک شرکت سان فرانسیسکویی به نام Twist Bioscience در حال همکاری است تا بتواند اطلاعات را بر روی یک دی ان‌ای (DNA) مایکروسافت مصنوعی جاسازی و آن را به عنوان یک محصول جدید برای ذخیره سازی داده‌ها به جهانیان معرفی نماید.
این شرکت برای رمزگذاری داده‌های دیجیتالی، ۱۰ میلیون رشته دی ان‌ای مصنوعی در اختیار مایکروسافت قرار داده است و مایکروسافت تلاش می‌کند بفهمد چگونه مولکول‌های مشابهی که کد ژنتیکی انسان را تشکیل می‌دهند، می‌توانند برای رمزگذاری و ذخیره سازی اطلاعات دیجیتال استفاده شوند.
یافتن راه‌های جدید برای ذخیره اطلاعات مسئله مهمی در جهان امروز است؛ میلیون‌ها حس گر و محصولات اینترنت اشیاء (IoT) ساخته و روانه بازار شده‌اند و به همین دلیل مردم در زندگی روزمره خود با داده‌ها و اطلاعات زیادی سروکار خواهند داشت؛ حال باید منتظر بود و دید این همکاری به چه نتایجی نائل می‌شود اما آنچه واضح است این است که جهان به سمت ساخت رایانه‌های مبتنی بر دی ان‌ای گام خواهد برداشت.
برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، خبرنگار سینا به «پروفسور علی کرمی» استاد بیولوژی مولکولی، زیست فناوری و مهندسی ژنتیک در مرکز تحقیقات بیولوژی مولکولی دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج) مراجعه کرد تا ممکن بودن ساخت رایانه‌های مبتنی بر دی ان‌ای انسان را از زبان وی جویا شود.
پروفسور کرمی، رئیس پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی بسیج جامعه پزشکیگفت‌وگوی خود را با بیان آیه‌ای از قرآن کریم آغاز کرد و گفت: به فرموده قرآن: "قُلْ سِیرُوا فِی الْأَرْضِ فَانظُرُوا کَیْفَ بَدَأَ الْخَلْقَ ثُمَّ اللَّهُ یُنشِئُ النَّشْأَةَ الْآخِرَةَ إِنَّ اللَّهَ عَلَى کُلِّ شَیْءٍ قَدِیرٌ ﴿۲۰﴾" بگو در زمین بگردید و بنگرید چگونه آفرینش را آغاز کرده است سپس [باز] خداست که نشاه آخرت را پدید مىآورد، خداست که بر هر چیزى تواناست؛ سوره عنکبوت.
وی گفت: ما سال‌هاست علوم تحول گرا، حیاتی و راهبردی و کاربردهای آن را در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی تدریس می‌کنیم و امید داریم با توسعه کار گروهی دانشمندان جوان ما با بهره گیری از خلاقیت‌ها و تفکر و اندیشه در ذات خلقت و کشف رمزهای نهفته در درون موجودات زنده، راه حل‌هایی ایمن و اساسی برای حل مشکلات بشر کشف کنند.
وی با بیان دیده شدن عظمت قرآن در مباحث بیولوژیک، افزود: ما مسلمانیم و باید علاه بر اینکه قرآن را می‌خوانیم، به دستورات آن عمل کنیم؛ اگر دانشمندان با دید علم و معرفت به دستورات قرآن تفکر کنند، ایران و کشورهای اسلامی به بزرگ‌ترین قدرت‌های جهان در علم و فناوری تبدیل خواهد شد ولی حیف شاهدیم که قرآن را برای ختم و تزیین سفره عقد و سال نو و قرائت بدون تفکر در عمق اندیشه‌های آن استفاده می‌کنیم، در حالی که اگر به فرموده‌های قرآن و عترت دقیقا بیاندیشیم، ما‌ام القرای جهان در همه حوزه‌ها خواهیم شد.
پروفسور علی کرمی، استاد ارزشمند کشورمان در ادامه درخصوص «شگفتی داده‌پردازی در موجودات زنده و کاربردهای علمی و فناورانه آن» که استفاده از DNA مصنوعی برای ذخیره داده‌های بزرگ، یکی از این شگفتی‌هاست، توضیحات کاملی ارائه داد که در ادامه می‌خوانیم:
ما در عصر داده‌ها زندگی می‌کنیم؛ حجم داده‌ها بطور غیر قابل تصوری در حال افزایش است؛ هر ثانیه میلیارد‌ها میلیارد بیت اطلاعاتی در حال تولید است؛ شتاب کشفیات علمی از یک سو و از طرف دیگر فعایت‌های اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی، سیاسی، اخبار، تحولات، وقایع، شبکه‌های رایانه‌ای، شبکه‌های اجتماعی در حال تولید حجم عظیمی از اطلاعات هستند که به دلیل ضرورت توسعه ذخیره سازی در رایانه‌ها نیازمند حافظه‌های قوی و پر سرعت جهت تجزیه و تحلیل هزاران هزار میلیار داده است؛ دانشمندان هر روز در حال بررسی روش‌های جدید ذخیره سازی این حجم از داده‌ها، حفاظت و افزایش سرعت پردازش آن‌ها هستند؛ ساختار برنامه نویسی و حفظ داده‌ها در رایانه‌ها بصورت صفر و یک است؛ هر داده‌ای که وارد رایانه می‌شود با تبدیل به این کد‌ها در حافظه آن ذخیره می‌شود.
اما نگاهی به مرکز داده‌ها و سیستم داده‌پردازی موجودات زنده و کشفیات مولکولی، ژنتیکی و زیست فناوری درحال ایجاد تحول بزرگی در جهان علم و فناوری بخصوص کشف رایانه‌های آینده و داده‌پردازی شده است.
همه موجودات زنده از ویروس‌های بسیار کوچک گیاهی به نام ویروئید که فقط با میکروسکوپ‌های فوق‌العاده قوی می‌توان ان‌ها را دید تا یک نهنگ ۱۰۰ تنی از یک واحد اطلاعاتی ساخته شده‌اند موسوم به DNA یا RNA که همان بستر ژنتیکی همه جانداران زنده است که در شکل زیر دیده می‌شود:
DNA دو رشته‌ای از مولکول‌های قند و فسفات و باز آلی تشکیل شده
DNA دو رشته ای است ولی RNA تک رشته ایست؛ تفاوت مرکز اطلاعات موجودات زنده با رایانه‌ها اینست که در DNA و یا RNA واحد اطلاعات بجای صفر و یک از ۴ نوع باز الی بنام G-A-T-C ساخته شده است؛ نوع و ترتیب و تعداد این باز‌ها در واقع رمز فعالیت ژن‌ها و موجود زنده را تعیین می‌کند.
حال تمام سلول‌های بدن یک موجود دارای این اطلاعات است؛ یک سلول بدن شما دارای ۲۳ جفت کروموزوم است؛ غیر از سلول‌های جنسی که ۲۳ عدد کروموزوم است نه جفت؛ چون قرار است برای تشکیل نطفه ۲۳ عدد از پدر و ۲۳ عدد از مادر گرفته شود تا سلول اولیه باز هم واجد همان ۲۳ جفت شود به همین دلیل سلول‌های جنسی مرد و زن بجای ۲۳ جفت ۲۳ عدد کروموزوم دارد.
داده‌های درون یک سلول به اندازه یک کتابخانه است
این عضو بسیج جامعه پزشکی با طرح این سوال که حال حجم داده‌ها در یک سلول چقدر است؟ ادامه داد: در سال ۲۰۰۳ با خاتمه یافتن پروژه ژنوم انسان تمام DNA داخل یک سلول انسان رمز گشایی شد و مشخص شد که اندازه داده‌های DNA درون هسته فقط یک سلول انسان معادل ۳ میلیارد نوکلئوتید است؛ یعنی ۳ میلیارد ترکیب از G-A-T-C؛ حال اگر بخواهیم داده‌های درون فقط یک سلول انسان که انقدر کوچک است که با میکروسکوپ می‌توان دید را به شکل کتاب چاپ کنیم و اگر هر صفحه را ۳۰۰۰ کلمه در نظر بگیریم، داده‌های فقط یک سلول حجمی به‌معادل ۱۰۰۰ جلد کتاب ۱۰۰۰ صفحه‌ای خواهد شد؟؟ در واقع داده‌های درون یک سلول شما به اندازه یک کتابخانه است.
حال در نظر بگیرید در یک میکرو لیتر (کمتر از یک قطره) خون شما بیش از ۱۲۰۰۰ گلبول سفید وجود دارد؛ بدن شما تشکیل شده از هزاران میلیارد سلول، حال محاسبه کنید فقط در مغز شما که از ۱۰۰ میلیارد سلول تشکیل شده چه حجم عظیمی از داده می‌تواند جای بگیرد؟
در سال ۱۹۹۶ دانشمندی بنام دیوید ادلمن یک متخصص ریاضی و زیست شیمی دادن فرضیه‌ای ارائه داد که رایانه‌های اینده می‌توانند بجای صفر و یک، از ساختار DNA برای حافظه و داده‌پردازی استفاده کنند؛ در واقع بجای دو کد صفر و یک به ۴ کد ژنتیکی بپردازند؛ اسم این نوع رایانه را کامپیوترهای DNA یا DNA Computer گذاشتند؛ محاسبات نشان داد در مقایسه با پیشرفته‌ترین رایانه‌های روز یک کامپیو‌تر DNA در حد یک لب تاپ می‌تواند تمام اطلاعات فعلی موجود در جهان را در خود جای دهد چیزی که برای بشر فعلی غیر قابل تصور است.
مطالعات ما برای شناسایی موجوداتی با بزرگ‌ترین و یا کوچک‌ترین ژنوم یا همان بانک داده به شناسایی موجوداتی عجیب رسید؛ ابتدا تصور می‌شد هرچه موجود کامل‌تر و پیشرفته‌تر باشد باید داده ژنومی‌اش بیشتر باشد ولی تحقیق ما به نتیجه عجیبی رسید.
مشخص شد بزرگ‌ترین ژنوم دنیا متعلق به یک نوع آمیب تک سولی در آبهاست موسوم به Amoeba dubia این تک یاخته دارای بزرگ‌ترین ژنوم شناخته شده دنیاست یعنی ۲۹۰ میلیارد جفت باز یعنی ۱۰۰ برابر اطلاعات موجود در یک سلول انسان.
اما بررسی کوچک‌ترین ژنوم نشان داد متعلق به ویروس‌های بیماری‌زای گیاهی موسوم به ویروئد است که یکی از ان‌ها که میوه اووکادو را مبتلا می‌کند و با شگفتی کامل فقط ۲۲۰ حرف داده ژنومی دارد و البته یک RNA ویروس است و همینطور یک ویروئید افت برنج که انهم فقط ۲۲۰ حرف داده دارد.
جدول زیر اندازه ژنوم ۷ موجود مهم و پر استفاده در تحقیقات رشته ژنتیک انسانی دامی و گیاهی دنیا و تعداد ژن‌های آن‌ها را نشان می‌دهد؛ همانطور که می‌بینید انسان با نزدیک به ۳ میلیارد نوکلئوتید حدود ۳۰ هزار ژن یا پروتئین برای فعالیت‌های حیاتی دارد و پس از ان مگس سرکه با ۱۲۰ میلیون جفت باز و بعد مخمر نان با ۱۲ میلیون جفت باز و یک نوع کرم ریز بنام سی الگانس که در تحقیقات ژنتیکی کاربرد دارد با ۹۷ میلیون جفت باز و بعد باکتری که در روده انسان زندگی می‌کند به نام‌ای کولی ۴ میلیون و صد هزار جفت نوکلئوتید یا داده و در انت‌ها یک نوع گل بسیار ریز بنام ارابیدوپسیس که در تحقیقات کشاورزی کاربرد دارد با ۱۲۵ میلیون اندازه داده ژنوم از شهرت بالایی برخوردارند.
موجودات زنده با کشف ساختار اطلاعاتی موجودات زنده و افزایش حجم عظیم رمز گشایی داده‌های ژنومی با دستگاه‌های بسیار پیشرفته و سریع کنونی سکونسر یا دستگاه‌های تعیین ردیف و رمز گشایی موجودات حجم بانک‌های اطلاعاتی زیستی جهان به‌شدت افزایش یافته است و تقریبا هر موجودی که شناسایی شده تعیین رمز ژنتیکی شده است؛ یکی از بزرگ‌ترین بانک‌های اطلاعاتی داده‌های زیستی در سایت http: //www. ncbi. nlm. nih. gov/genbank قرار دارد.
برای پردازش داده‌های زیستی رشته جدیدی بنام بیو انفورماتیک یا زیست داده‌پردازی ایجاد شد که در حد دکترا و فوق دکترا در دانشگاه‌های معتبر دنیا و کشور به تربیت متخصصین جهت بررسی و پردازش داده‌های زیستی ژنومی می‌پردازند.
با کشف نوع کدبندی و حجم عظیم داده‌های زیستی در سلول‌های کوچک و فرایند پردازش آن در موجودات زنده دانشمندان رشته‌های مختلف به فکر تقلید و استفاده از آن در حل مسایل فنی و بخصوص ذخیره سازی و پردازش سریع داده‌ها پرداختند.
رمز یکی از مهم‌ترین بخش‌های ذخیره و ارسال اطلاعات محرمانه نظامی است
مثلا در حوزه نظامی، رمز یکی از مهم‌ترین بخش‌های ذخیره و ارسال اطلاعات محرمانه نظامی است؛ رشته رمز اینک بعنوان یک تخصص بسیار راهبردی در دانشگاه‌های نظامی و حتی بانک‌ها و مراکزی که نیازمند نگه داری حجم بالای از داده‌های بسیار مهم هستند شده است و انجمن‌های رمز دنیا به بررسی جدید‌ترین شیوه‌های نگه داری امن داده‌ها می‌پردازند.
یکی از ایده‌ها استفاده از DNA- RNA و روش پردازش ان از مسیر DNA به انواع RNA و سپس ترجمه ان به پروتئین و ساختار بسیار پیچیده ان است؛ بنا براین رمز گذاری ژنتیکی مورد بررسی قرار گرفت؛ بعنوان ازمایش برنامه‌های ساده‌ای برای تمرین و اموزش طراحی شد مثل این برنامه که شما یک جمله را وارد کنید بطور خود کار ان را به کد‌های ژنتیکی تبدیل می‌کند مانند http: //earthsciweb. org/js/bio/dna-writer/ حال شما یک سری کد GATC دارید و تا برنامه گشاینده رمز را نداشته باشید نمی‌دانید جمله چیست؛ حال شما این سری کد‌های بی‌معنا را برای فردی ارسال می‌کنید و طرف مقابل با داشتن رمز گشا این سری کد را وارد کرده کد‌های ژنتیکی به جمله تبدیل می‌شود.
اما کاربرد دیگرآیا می‌توان اطلاعات را در ساختار DNA ذخیره سازی کرد؟ مثلا هارد رایانه فعلی شما یک ترابایت جا دارد یعنی ۱۰۰۰ گیگا بایت؛ در حالی که دیدید یک سلول بسیار ریز داری بیش از ۳ میلیارد واحد رمز است که اگر صد‌ها میلیون سلول را روی هم قرار دهید شاید به اندازه یک دهم گرم هم نشود حال محاسبه کنید چه حجم عظیمی از داده را می‌توان در آن ذخیره کرد؟
ساخت فلش‌های چندسانتی‌متری با قدرت ذخیره هزاران ترابایت اطلاعات
بله این ایده الان مورد توجه شدید شرکت‌های عظیم رایانه‌ای مثل میکرو سافت و سازندگان حافظه‌های رایانه و موبایل و... قرار گرفته است؛ شما در اینده یک فلش خواهید داشت به اندازه چند سانتی متر که قادر هستید هزاران ترابایت اطلاعات را در ان ذخیره کنید؛ این فناوری به درد سازمان‌های عظیم و بانک‌های اطلاعاتی جهانی که شاید در حال حاضر صد‌ها هزار متر فضا را برای رایانه‌های عظیم مرکزی خود اختصاص داده‌اند سودهای صد‌ها هزار میلیونی و میلیاردی داشته باشد؛ بله شرکت میکرو سافت قصد دارد از DNA برلی ذخیره سازی حجم عظیم داده‌ها استفاده کند.
زیست حسگر‌ها آینده تشخیص پزشکی جهان خواهند بود
حال کاربردهای دیگر این فناوری نهفته در درون سلول‌ها چیست؟ بیوسنسور‌ها یا زیست حسگر‌ها؟ بله شما در آینده با داشتن وسیله‌ای شبیه موبایل یا حتی در پشت ساعت خود با استفاده از ترکیبی از فناوی مولکولی، زیست فناوری و نانو و شبکه‌های عصبی و میکروفلوئیدیک و میکروالکترونیک و ساختارهای ژنی و پروتئینی بتوانید تمام علایم حیاتی بدن خود مایعات و ترکیباتی که امروزه به آزمایشگاه‌ها می‌دهید اندازه گیری کنید؛ بله زیست حسگر‌ها آینده تشخیص پزشکی جهان خواهند بود.
کاربرد دیگر این کشفیات جمع شدن آزمایشگاه‌های فعلی با فضای هزاران متر در یک ازمایشگاه تراشه یا Lab On a chip خواهد بود؛ بله اگر شما الان قادرید با یک دستگاه کوچک قند خون خود را اندازه بگیرید فردا با یک دستگاه، صد‌ها ازمایش با یک قطره بزاق دهان خود انجام خواهید داد و باز اینده این سنسور‌ها در اختیار پلیس و نیروهای نظامی قرار خواهد گرفت جهت تشخیص مواد سمی، مخدر، و همه تهدیدات ناشناخته از راه دور.
شکلی از زیست حسگرهایی که بدن شما را هر لحظه از نظر سلامتی و یا بیماری ازمایش خواهند کرد.
آزمایشگاه های آینده به ازمایشگاه های روی یک ریز ارایه با سرعت بیشتر دقت بیشتر و فضای کمتر و هزینه کمتر، تبدیل خواهند شد.
کشف رازهای خلقت و پاسخی نو به سوالات کهن
ما در حال کشف رازهای خلقت هستیم خداوند هر انچه برای حل مشکلات بشر لازم است را برای ما به ودیعه گذاشته است ما دانشمندان باید دست در دست هم با کار گروهی نه جداگانه به کشف ارتباط بین پدیده‌های خلقت بپردازیم تا پاسخی نو به سوالات کهن بدهیم.
اقتدار کشور‌ها در گرو استفاده از علوم طبیعی برای حل معظلات جهان
ما می‌دانیم آینده توسعه و پیشرفت در علوم و فناوری‌های نوین جهان چون زیست فناوری، نانو، هوا فضا، مواد جدید، میکرو الکترونیک، میکرو فلوئیدیک، بیو انفورماتیک، سیستم بیولوژی و رایانه است ولی می‌دانیم کشورهایی با اقتدار به علم و فناوری خواهند رسید که از علوم طبیعی برای حل معظلات جهان استفاده کنند راهبرد جهان کنونی در علم و فناوری تقلید از طبیعت و بهره گیری از ان جهت حل معظلا عمده جهان چون انرژی، محیط زیست، اب، غذا، سلامت و صلح و امنیت است.
مشخص شده است که تلفیق ۴ دانش و فناوری اگر با هم و در کنار هم استفاده شود در جهش توسعه علم و فناوری کاربردی و حل معظلات بشر، سرعت خواهد یافت؛ این چهار علم و فناوری راهبردی موسوم به NBIC یا نانو، بیو، اینفو و کوگنو (علوم‌شناختی) در صورتی سبب تحول یک کشور خواهد شد که بطور تیمی و گروهی کار شود.
ارتباط این ۴ فناوری حیاتی برای آینده بشر را در شکل ریز می‌بینید:
وی در پایان خاطرنشان کرد: امید است اطلاعات داده شده، کمک به فهم بیشتر حقایق قرآن و خضوع و فروتنی هرچه بیشتر در برابر خداوند باری تعالی کند.
انتهای پیام/
کد مطلب: 432278