آینده نویدبخش رمزنویسی در موجودات زنده

 

اگر از مبحث ارائه غول‌های محاسباتی بگذریم، این روزها حوزه فناوری‌های سخت‌افزاری و توانبخشی به رایانه‌ها با رویکرد به منابع جایگزین و بویژه میکروارگانیسم‌ها بیشترین اخبار و اقدامات محققان را به خود اختصاص داده است. البته عمده طرح‌های پیشنهادی و آزمایشات صورت‌گرفته حول محور میکروارگانیسم‌ها به بهره‌گیری از آنها تحت‌عنوان منابع نوین توانبخشی به افزارهای محاسباتی پیچیده مربوط بوده است که در جای خود هنوز مبحث جدید و کاملا نیازموده‌ای محسوب می‌شود.

این توجه ویژه به کاربرد میکروارگانیسم‌ها و در راس آنها باکتری‌ها در رایانه‌های آینده در حالی روزهای پرسروصدای تحقیقات خود را می‌گذراند که به‌تازگی و به همت تلاش‌های گروهی از محققان، دنیای رایانه‌ها و پردازش داده‌ها با هدف توسعه روش‌های ذخیره‌سازی اطلاعات پیچیده و انبوه شاهد معرفی نامزد جدید ولی نام آشنایی در خانواده باکتری‌ها است که از همین بدو امر نگاه‌ها را به خود خیره کرده است.

ماجرای این دستاورد جدید زیست‌محور به جایی برمی‌گردد که گروهی از محققان دانشگاه چینی هنگ‌کنگ در حال برداشتن گام‌های بلندی در جهت ذخیره‌سازی مقادیر کلانی از اطلاعات شامل متن، تصاویر، موزیک و حتی ویدئو در محلی غیرمنتظره یعنی داخل سلول‌های زنده هستند.

اما این تلاش وقتی غیرمنتظره‌تر می‌شود که بدانیم سخت‌افزار جدید یا به عبارتی این درایو زنده و پرظرفیت معرفی شده چیزی نیست جز باکتری معروف ولی بدنام ایی.کولی؛ یعنی همان میکروارگانیسمی که به عنوان منبع بالقوه ایجاد سمیت خطرناک مواد غذایی شناخته می‌شود.

موضوع وقتی جالب‌تر می‌شود که بدانید یک گرم از این باکتری قادر به ذخیره‌سازی حجم اطلاعاتی معادل 450 هارددیسک 2 ترابایتی (2000 گیگابایتی) است. یکی از اعضای پروژه ذخیره‌سازی زیستی این دانشگاه که در سال 2010 برنده مدال طلای رقابت با اعتبار موسسه فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) یا همان رقابت بزرگ iGEM شده است، در توصیف نتایج ارزشمند این پژوهش به نکته جالبی اشاره می‌کند و می‌گوید: چنین یافته و کارکردی به معنای آن است که شما قادر به حفظ و نگهداری درازمدت مجموعه داده‌های بزرگی در ظرفی از باکتری‌ها در یخچال خواهید بود.

در واقع محققان به جای تغییردادن بلوک‌های ساختمانی یک ارگانیسم، روشی را توسعه بخشیده‌اند که امکان سوارکردن اطلاعات فوق‌العاده زیاد را بر روی دی.ان.ای آن سلول فراهم می‌کند.

اگر بخواهیم سابقه این فناوری را جویا شویم باید اعتراف کرد که ذخیره‌سازی زیستی یا هنر ذخیره‌کردن و به رمزدرآوردن و پنهان‌کردن اطلاعات در موجودات زنده، زمینه و عرصه جوانی است که حدود یک دهه از موجودیت آن می‌گذرد.

در همین خصوص و در سال 2007، تیمی از محققان ژاپنی اعلام کردند توانسته‌اند با موفقیت از پس رمزدار کردن معادله ارائه‌کننده نظریه نسبیت اینشتین یا همان E=MC² معروف در دی.ان.ای یک باکتری رایج خاک برآیند. نکته مهمی که آنها خاطرنشان ساختند این بود که چون باکتری‌ها دائما در حال تولید مثل و تکثیر هستند، گروهی از ارگانیسم‌های تک‌سلولی می‌تواند بخشی از اطلاعات را برای هزاران سال ذخیره کند، اما محققان دانشگاه هنگ‌کنگ جهشی فراتر از این گام اولیه برداشته‌اند چرا که آنها توسعه متدهای جدیدی برای ذخیره‌کردن داده‌های پیچیده‌تر را پیش گرفته و شروع به از میان برداشتن مشکلات عملی مسیری کردند که به نوبه خود برای شک و بدبینی کسانی که این متد نوین را به صورت داستانی علمی ـ تخیلی می‌دیدند وزنه سنگینی محسوب می‌شد.

در واقع محققان متدی از فشرده‌سازی داده‌ها را توسعه بخشیده‌اند که قادر است داده‌ها را به قطعات بزرگی خرد کرده و بین سلول‌های باکتریایی مختلف توزیع کند و نهایتا به از میان برداشتن محدودیت‌های مربوط به موضوع ظرفیت ذخیره‌سازی کمک شایانی می‌کند. ضمن این که محققان در سایه این متد نوین قادر به نقشه‌برداری دی.ان.ای نیز می‌شوند به نحوی که اطلاعات می‌تواند به سهولت مکان‌یابی و مستقر شود.

محققان این شیوه نوین را در مقام یک متد ذخیره‌سازی فوق‌العاده فشرده می‌دانند؛ چون که هر سلول جزئی خرد و کوچک است به نحوی که انتظار می‌رود یک گرم باکتری یارای ذخیره‌سازی اطلاعات چندصد هارددیسک ظرفیت بالا را داشته باشد.

از طرف دیگر محققان به توسعه حصار امنیتی 3 لایه‌ای برای رمزدار کردن داده‌ها پرداخته‌اند که در نوع خود ممکن است برای خیلی‌ها که نگران ریزش و هدف‌گیری اسرارشان در شبکه هستند بسیار خوشایند و دلگرم‌کننده باشد. چون به ادعای محققان باکتری‌ها نمی‌توانند مورد دستبرد و ضربت هکرها واقع شوند.

این ویژگی باکتری‌ها در حالی است که تا به امروز تمامی انواع رایانه‌ها نسبت به نقص و گسست‌های الکتریکی یا سرقت داده‌ها آسیب‌پذیر نشان داده‌اند. اما باکتری‌ها از حملات سایبری در امان هستند و افراد می‌توانند حفاظت و امنیت اطلاعات‌شان را تامین کنند.

نکته: در واقع محققان به جای تغییردادن بلوک‌های ساختمانی یک ارگانیسم روشی را توسعه بخشیده‌اند که امکان سوارکردن اطلاعات فوق‌العاده زیاد را بر روی دی.ان.ای آن سلول فراهم می‌کند

 

محققان حتی برای این حوزه جدید عنوانی هم دست و پا کرده‌اند و نامش را «رمزنویسی زیستی» گذاشته‌اند که همان پنهان‌شناسی یا مطالعه روش‌ها و تکنیک‌های رمزگذاری و رمزگشایی ولی با پیشوند زیستی است؛ ضمن این که مکانیسم رمزدار کردن شامل کنترل‌ها یا تنظیمات بازرسی درون ساختاری برای اطمینان از آن است که وقوع جهش‌هایی در برخی سلول‌های باکتریایی منجر به خرابی و خطای داده‌ها نشود.

البته بخش قابل توجه کار محققان به تلاش آنها برای گرفتن خروجی عملی از این زمینه مطالعاتی جدید و همچنین اطمینان یافتن از این که برخی اصول بنیادی عملا دست‌یافتنی هستند، برمی‌گردد.

البته کار مهم تیم محققان سوای کارکردهای هدف آن ممکن است نتایج و کاربردهای فوری و بی‌واسطه‌تری نیز به همراه داشته و در حوزه‌های دیگر از آن استفاده شود.

به عنوان نمونه تکنیک‌های مورد استفاده محققان شامل برداشتن دی.ان.ای از سلول‌های باکتریایی، دستکاری آنها با استفاده از آنزیم‌ها و بالاخره برگرداندن آنها به یک سلول جدید مشابه همان تکنیک‌هایی هستند که برای ارائه موادغذایی تغییر یافته به لحاظ ژنتیکی استفاده می‌شود.

با این اوصاف آنچه بیشتر از اعمال تغییر در بلوک‌های ساختمانی یک ارگانیسم صورت گرفته این مهم است که گروه محققان امکان سوار شدن اطلاعات فوق‌العاده‌ای را بر دوش دی.ان.ای آن سلول فراهم کرده‌اند و البته این قابلیت را پس از کنترل تغییرات سلولی در مقابل یک پایگاه داده اصلی یا شاه داده رقم زده‌اند تا از این راه اطمینان پیدا کنند فضای زنده ذخیره‌سازی اثرات سمی غیرمترقبه و اتفاقی نداشته باشد.

با توجه به چنین کارکرد و قابلیتی محققان ادعا می‌کنند پژوهش آنها همچنین می‌تواند زمینه افزودن اطلاعات اضافی به یک محصول کشاورزی تغییر ماهیت یافته به لحاظ ژنتیکی را در قالب یک «بارکد زیستی» فراهم آورد.

به عنوان مثال شرکتی که در زمینه تولید گوجه‌فرنگی اصلاح‌یافته ژنتیکی فعالیت می‌کند با بهره‌گیری از ژنی که رشد را افزایش می‌دهد به تولید مقادیر فوق‌العاده‌ای از محصول دست می‌یابد؛ اما با استفاده از این تکنیک نوین ذخیره‌سازی زیستی عملا می‌توانیم اقدام به رمزدارکردن اطلاعات اضافی همچون پروتکل‌های سلامت و بی‌خطری کنیم که جزو مواردی هستند که مستقیما به نظام زیست‌شناسی گیاه مربوط نمی‌شوند.

ضمن این که سایر انواع اطلاعات نظیر حق کپی‌رایت و سابقه طراحی نیز می‌تواند به امر پایش و کنترل انتشار محصولات بهسازی شده ژنتیکی کمک کند.

در واقع این کار اعمال نوعی شبکه ایمنی برای ارگانیسم‌های سنتزشده محسوب می‌شود؛ ضمن این که محققان فراتر از این گام درخصوص توانمندی‌های آینده زیست‌شناسی مصنوعی نیز نوید حضور قابلیت‌های افزون‌تری را می‌دهند.

با این اوصاف، سایر کارشناسان و صاحب‌نظران نیز همسو با محققان این پروژه معتقدند به واسطه موضوعاتی کلیدی همچون بحران انرژی، آلودگی زیست‌محیطی و تغییرات اقلیم شاهد مقبولیت و عمومیت بیش از پیش این حوزه جدید خواهیم بود.

به باور آنها یک سامانه و نظام زیست‌‌شناختی راه‌حل آینده برون‌رفت از این مشکلات کلان را چه به عنوان منابع جایگزین انرژی و چه به عنوان علاجی برای آلودگی سیاره رقم خواهد زد و در این میان انتخاب و گزینه مشهود از آن میکروارگانیسم‌هاست.

مثلا نوعی باکتری موسوم به داینوکوکوس رادیودوران وجود دارد که قادر است حتی در مقابل تشعشع هسته‌ای به بقای خود ادامه دهد و از طرفی چون باکتری‌ها همه جا حضور دارند می‌توانند روی چیزهایی که برای بشر تصورناپذیرند نیز زنده بمانند و دلیلی نیست که از این حضور گسترده و پرقابلیت بهره نبریم.

/ 0 نظر / 27 بازدید