Utafiti wa mafanikio huchukua hatua muhimu mbele katika azma ya kuendeleza a DNA-mfumo wa uhifadhi wa data za kidijitali.
Digital data inakua kwa kasi kubwa leo kwa sababu ya utegemezi wetu kwa vifaa na inahitaji hifadhi thabiti ya muda mrefu. Uhifadhi wa data unakuwa changamoto polepole kwa sababu teknolojia ya sasa ya dijiti haiwezi kutoa suluhu. Mfano ni kwamba data nyingi za kidijitali zimeundwa katika miaka miwili iliyopita kuliko katika historia yote ya kompyuta, kwa hakika quintillion byte 2.5 {1 quintillion byte = 2,500,000 Terabytes (TB) = 2,500,000,000 Gigabytes (GB)} za data inaundwa kila siku duniani. Hii ni pamoja na data kwenye tovuti za mitandao ya kijamii, miamala ya benki mtandaoni, rekodi za makampuni na shirika, data kutoka kwa satelaiti, ufuatiliaji, utafiti, maendeleo n.k. Data hii ni kubwa na haina muundo. Kwa hivyo, sasa ni changamoto kubwa kushughulikia mahitaji makubwa ya uhifadhi wa data na ukuaji wake mkubwa, haswa kwa mashirika na mashirika ambayo yanahitaji uhifadhi thabiti wa muda mrefu.
Chaguzi zinazopatikana kwa sasa ni diski kuu, diski za macho (CD), vijiti vya kumbukumbu, viendeshi vya flash, na kiendeshi cha juu zaidi cha tepi au diski za macho za BluRay ambazo huhifadhi takriban Terabytes 10 (TB) za data. Vifaa kama hivyo vya kuhifadhi ingawa vinatumiwa kwa kawaida vina shida nyingi. Kwanza, zina maisha ya rafu ya chini hadi ya kati na zinahitaji kuhifadhiwa chini ya hali bora ya joto na unyevu ili ziweze kudumu miongo mingi na hivyo kuhitaji nafasi maalum za kuhifadhi. Karibu hizi zote hutumia nguvu nyingi, ni nyingi na hazifanyiki na zinaweza kuharibiwa katika kuanguka rahisi. Baadhi yao ni ghali sana, mara nyingi wanakabiliwa na hitilafu ya data na hivyo hawana nguvu za kutosha. Chaguo ambalo limekubaliwa na shirika linaitwa cloud computing - mpangilio ambao kampuni kimsingi huajiri seva ya "nje" kwa ajili ya kushughulikia mahitaji yake yote ya IT na kuhifadhi data, inayojulikana kama "wingu". Mojawapo ya hasara kuu za kompyuta ya mtandaoni ni masuala ya usalama na faragha na uwezekano wa kushambuliwa na wavamizi. Pia kuna masuala mengine kama vile gharama kubwa zinazohusika, udhibiti mdogo wa shirika kuu na utegemezi wa jukwaa. Kompyuta ya wingu bado inaonekana kuwa mbadala nzuri kwa uhifadhi wa muda mrefu. Hata hivyo, inaonekana kama taarifa za kidijitali zinazotolewa duniani kote bila shaka zinashinda uwezo wetu wa kuzihifadhi na hata suluhu thabiti zaidi zinahitajika ili kukidhi mafuriko haya ya data huku tukitoa uwezo wa kuzingatia mahitaji ya hifadhi ya siku zijazo pia.
Je, DNA inaweza kusaidia katika kuhifadhi kompyuta?
Utawala DNA (Deoxyribonucleic acid) inazingatiwa kama njia mbadala ya kusisimua ya hifadhi ya data dijitali. DNA ni nyenzo ya kujinakilishi iliyopo katika takriban viumbe vyote hai na ndiyo hujumuisha taarifa zetu za kijeni. Ya bandia au ya sintetiki DNA ni nyenzo ya kudumu ambayo inaweza kutengenezwa kwa kutumia mashine za usanisi za oligonucleotide zinazouzwa. Faida kuu ya DNA ni maisha marefu kama a DNA hudumu mara 1000 zaidi ya silicon (silicon-chip - nyenzo zinazotumiwa kujenga kompyuta) Kwa kushangaza, milimita moja tu ya ujazo DNA inaweza kushikilia quintillion ya ka za data! DNA pia ni nyenzo ya hali ya juu ambayo haiharibiki kamwe na inaweza kuhifadhiwa mahali pa baridi, kavu kwa mamia ya karne. Wazo la kutumia DNA kuhifadhi limekuwepo kwa muda mrefu nyuma hadi 1994. Sababu kuu ni mtindo sawa wa kuhifadhi habari katika kompyuta na katika yetu. DNA - kwa kuwa zote mbili huhifadhi mwongozo wa habari. Kompyuta huhifadhi data zote kama sekunde 0 na 1 na DNA huhifadhi data zote za kiumbe hai kwa kutumia besi nne - thymine (T), guanini (G), adenine (A) na cytosine (C). Kwa hivyo, DNA inaweza kuitwa kifaa cha kawaida cha kuhifadhi, kama kompyuta, ikiwa besi hizi zinaweza kuwakilishwa kama 0 (besi A na C) na 1 (besi T na G). DNA ni ngumu na hudumu kwa muda mrefu, tafakari rahisi zaidi ni kwamba kanuni zetu za kijeni - mwongozo wa taarifa zetu zote zilizohifadhiwa katika DNA - hupitishwa kwa ufanisi kutoka kizazi kimoja hadi kingine kwa njia ya kurudiwa. Programu na maunzi yote makubwa yana shauku ya kutumia DNA ya sanisi kwa kuhifadhi kiasi kikubwa ili kufikia lengo lao la kutatua uhifadhi wa data wa muda mrefu. Wazo ni kubadilisha kwanza msimbo wa kompyuta namba 0 na 1 kuwa msimbo wa DNA (A, C, T, G), msimbo wa DNA uliogeuzwa kisha hutumika kuzalisha viambata vya syntetisk vya DNA ambavyo vinaweza kuwekwa kwenye hifadhi baridi. Wakati wowote inapohitajika, nyuzi za DNA zinaweza kuondolewa kutoka kwa hifadhi baridi na taarifa zake kusimbuwa kwa kutumia mashine ya kupanga DNA na mfuatano wa DNA hatimaye hutafsiriwa hadi kwenye umbizo la kompyuta ya sekunde ya 1 na 0 ili kusomwa kwenye kompyuta.
Imeonyeshwa1 kwamba gramu chache tu za DNA zinaweza kuhifadhi baiti ya kwintilioni ya data na kuiweka sawa kwa hadi miaka 2000. Walakini, uelewa huu rahisi umekabiliwa na changamoto kadhaa. Kwanza, ni ghali sana na pia polepole sana kuandika data kwa DNA yaani ubadilishaji halisi wa sekunde 0 na 1 hadi besi za DNA (A, T, C, G). Pili, mara tu data "imeandikwa" kwenye DNA, ni vigumu kupata na kurejesha faili na inahitaji mbinu inayoitwa. DNA mpangilio - mchakato wa kuamua mpangilio sahihi wa besi ndani ya a DNA molekuli -baadaye data inasimbuliwa tena hadi sekunde 0 na 1.
utafiti wa hivi karibuni2 na wanasayansi kutoka Utafiti wa Microsoft na Chuo Kikuu cha Washington wamepata "upatikanaji wa nasibu" kwenye hifadhi ya DNA. Kipengele cha "ufikiaji wa nasibu" ni muhimu sana kwa sababu ina maana kwamba taarifa inaweza kuhamishiwa au kutoka mahali (kwa ujumla kumbukumbu) ambayo kila eneo, bila kujali ni wapi katika mlolongo na inaweza kupatikana moja kwa moja. Kwa kutumia mbinu hii ya ufikiaji nasibu, faili zinaweza kupatikana kutoka kwa hifadhi ya DNA kwa njia ya kuchagua ikilinganishwa na awali, wakati urejeshaji kama huo ulihitaji hitaji la kupanga na kusimbua mkusanyiko mzima wa data ya DNA ili kupata na kutoa faili chache ambazo mtu alitaka. Umuhimu wa "ufikiaji wa nasibu" huinuliwa zaidi wakati kiasi cha data kinaongezeka na kuwa kikubwa kwani inapunguza kiwango cha ufuataji kinachohitajika kufanywa. Ni kwa mara ya kwanza ufikiaji wa nasibu umeonyeshwa kwa kiwango kikubwa kama hicho. Watafiti pia wameunda algoriti ya kusimbua na kurejesha data kwa ufanisi zaidi na uvumilivu zaidi kwa makosa ya data na kufanya utaratibu wa upangaji pia haraka. Zaidi ya oligonucleotidi za syntetisk za DNA milioni 13 zilisimbwa katika utafiti huu ambayo ilikuwa data ya ukubwa wa 200MB iliyojumuisha faili 35 (zilizo na video, sauti, picha na maandishi) zenye ukubwa kutoka 29KB hadi 44MB. Faili hizi zilirejeshwa moja moja bila hitilafu. Pia, waandishi wamebuni algoriti mpya ambazo ni imara zaidi na zinazostahimili makosa katika kuandika na kusoma mlolongo wa DNA. Utafiti huu ulichapishwa katika Hali ya Bioteknolojia katika maendeleo makubwa yanayoonyesha mfumo unaowezekana, wa kiwango kikubwa wa kuhifadhi na kurejesha DNA.
Mfumo wa kuhifadhi DNA unaonekana kuvutia sana kwa sababu una msongamano mkubwa wa data, uthabiti wa juu na ni rahisi kuhifadhi lakini ni wazi una changamoto nyingi kabla ya kupitishwa ulimwenguni pote. Sababu chache ni utatuzi wa muda na nguvukazi wa DNA (mfuatano) na pia usanisi wa DNA. Mbinu hiyo inahitaji usahihi zaidi na chanjo pana. Ingawa maendeleo yamefanywa katika eneo hili umbizo halisi ambalo data itahifadhiwa kwa muda mrefu kama DNA bado inaendelea. Microsoft imeapa kuboresha utengenezaji wa DNA ya sintetiki na kushughulikia changamoto ili kubuni utendaji kazi kikamilifu DNA mfumo wa kuhifadhi ifikapo 2020.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
1. Erlich Y na Zielinski D 2017. Chemchemi ya DNA inawezesha usanifu wa kuhifadhi imara na wa ufanisi. Sayansi. 355 (6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Ufikiaji wa nasibu katika hifadhi kubwa ya data ya DNA. Bayoteknolojia ya Asili. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
