آزمایش‌های مربوط به ذخیره بیت‌های دیجیتال در رشته‌های DNA به دلیل نیاز به ایجاد توالی‌های DNA مصنوعی جدید از طریق فرآیندهای پیچیده و مستعد خطا، معمولاً گران هستند. با این حال، تیمی از محققان به رهبری چنگ کای لیم، زیست شناس مصنوعی در دانشگاه ملی سنگاپور، اکنون یک رویکرد جایگزین را پیشنهاد می کنند. هدف این روش نوآورانه پرداختن به مسئله هزینه با استفاده از رشته های DNA “زنده” است.
پلیمر اسید دئوکسی ریبونوکلئیک که به طور جهانی به عنوان DNA شناخته می شود، بلوک ساختمانی اساسی است که بر هر موجود زنده ای که تا به امروز کشف کرده ایم، حاکم است. به عنوان مرکز کنترل فعالیت سلولی عمل می کند و صفات بیولوژیکی بیان شده توسط حیوانات، گیاهان و سایر اشکال حیات در سیاره ما را تعیین می کند. دستورالعمل‌های ژنتیکی درون DNA یک موجود زنده با استفاده از یک سیستم چهار پایه، متشکل از نوکلئوتیدهای آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C) کدگذاری می‌شوند.
این رویکرد ساده و در عین حال معتبر جهانی برای رمزگذاری ژنتیکی، مدت‌هاست که دانشمندان و شرکت‌های سراسر جهان را مجذوب خود کرده است. مدل بیولوژیکی می‌تواند پاسخی به چالش‌های ذخیره‌سازی حجم عظیمی از داده‌های دیجیتالی تولید شده توسط اینترنت و دستگاه‌های متعددی که جامعه جهانی تمام دیجیتالی ما را تشکیل می‌دهند، ارائه دهد.
این تیم روشی را برای ثبت “الگوهای نور دو بعدی” در DNA با استفاده از مدارهای اپتوژنتیکی برای ثبت قرار گرفتن در معرض نور و کدگذاری مکان های فضایی با استفاده از بارکد ابداع کردند. محققان توضیح دادند که تصاویر ذخیره‌شده متعاقباً از طریق «توالی‌یابی نسل بعدی با توان بالا» بازیابی شدند، که دری را برای «ادغام سیستم‌های بیولوژیکی با دستگاه‌های دیجیتال» باز می‌کند.
آینده نگر: شرکت‌ها و مؤسسات تحقیقاتی مدت‌هاست که DNA را به عنوان یک «سیستم ذخیره‌سازی» بالقوه برای بایگانی داده‌های دیجیتال بررسی می‌کنند. اکنون رویکرد جدیدی در حال ظهور است که با حذف نیاز به رشته‌های DNA پیچیده و گران‌قیمت ایجاد شده در آزمایشگاه از ابتدا، مشوق‌های مالی بیشتری را ارائه می‌کند. این تنوع جدید در این زمینه از نظر مقرون به صرفه بودن و سادگی نویدبخش است.
با این وجود، این مطالعه نشان می دهد که یک مخزن DNA می تواند بین 100 تا 1000 تصویر مختلف را در یک اجرا ذخیره و بازیابی کند. محققان در مورد پیشرفت های جاری در ذخیره سازی داده های DNA خوشبین هستند، زیرا روش آنها کاربردهای بیشتری از این فناوری امیدوارکننده را به نمایش می گذارد.
محققان توانستند تصاویر ساده 96 بیتی را برای مجموع 1152 بیت در DNA بیولوژیکی ذخیره کنند و با موفقیت توانایی “چند پلکسی” روش خود را با گرفتن و ذخیره دو تصویر مختلف به طور همزمان با استفاده از منابع نور قرمز و آبی نشان دهند. تصاویر ذخیره شده در DNA را می توان با دقت حداقل 90 درصد برای همه تصاویر بازیابی کرد که یک دستاورد قابل توجه در آرشیوهای دیجیتال مبتنی بر زیست شناسی است. با این حال، از قابلیت اطمینان مورد نیاز برای یک سیستم ذخیره سازی فایل قوی برخوردار نیست.
محققان از قابلیت‌های DNA موجود در سلول‌های Escherichia coli، یک باکتری کلیفرم که معمولاً در دستگاه گوارش موجودات خون گرم از جمله انسان یافت می‌شود، استفاده کردند. این رشته های DNA مجهز به مدارهای “اپتوژنتیک” هستند که قادر به تشخیص وجود یا عدم وجود نور هستند. محققان با استفاده از این قابلیت، BacCam را توسعه دادند، یک دوربین بیولوژیکی که می تواند مستقیماً تصاویر را در DNA ثبت و ذخیره کند.