استفاده دانشمندان از باکتری‌ ها به عنوان هارد دیسک زیستی

امروزه کامپیوترها در زندگی ما به نوعی شبیه موجودات زنده شده‌اند، و هم اکنون نیز به نظر می‌رسد که موجودات زنده هم در حال شبیه‌تر شدن به کامپیوترها هستند. در پی تحقیقات جدید، یک روش برای ذخیره‌سازی خط‌های کد در باکتری‌های زنده پیشنهاد شده است و پس از انجام این کار روی باکتری‌ها، این امکان وجود دارد که داده‌های ذخیره‌شده به عنوان اطلاعات ژنتیکی به نسل بعدی نیز منتقل شود.

 روش جدید دانشمندان را قادر می‌سازد تا میزان ۱۰۰ بایت اطلاعات را به صورت موفقیت‌آمیز در باکتری موسوم به ئی. کولی  (E. coli) ذخیره کنند. این در حالی است که دانشمندان باور دارند که پتانسیل "آپلود" داده‌هایی حتی بیشتر از آن مقدار هم کاملا وجود دارد. این دستاورد در نهایت می‌تواند به انجام پژوهش‌های زیست‌شناسی تکاملی و دستگاه‌های مصنوعی کمک کند.

 دستگاه قدیمی ما که با نام کریسپر کاس (CRISPR-Cas) شناخته می‌شود، به عنوان دستگاه شگفت‌انگیز ویرایشگر ژن‌ها کاربرد دارد و باعث می‌شود تا همه‌ی ایده‌های مطرح شده در مورد ژن‌ها امکان‌پذیر شود. این دستگاه در حال حاضر راه‌های جدیدی را در بازنویسی بخش‌های DNA پیش رویمان قرار داده و هم اکنون محققان دانشگاه هاروارد توانسته‌اند تا فرایند ویرایش ژنی باکتری و نوشتن کد‌های ویژه را مختص خود دستگاه کریسپر با موفقیت انجام دهند.

 هنگامی که باکتری‌ها یک ویروس را شناسایی می‌کنند، در ادامه بخشی از DNA ویروس را به ژنوم خودشان کات و پیست (cut and paste) می‌کنند و با انجام این کار آنها در دفعات بعدی خواهند توانست تا این ویروس را در صورت مواجهه‌ی مجدد تشخیص دهند. این چک‌لیست امنیتی نسل به نسل منتقل می‌شود و در واقع همان شالوده‌ای است که موجودات زنده در طول گذر زمان می‌توانند سیستم‌ ایمنی مختص به خود را در مقابل انواع خاصی از ویروس‌ها بسازند.

 بر پایه‌ی گزارش ویلیام هرکوییتز  (William Herkewitz) برای پاپیولار مکانیکز، در این پژوهش، تیم پژوهشی خودشان  کدی را ایجاد کرده و آن را به عنوان یک ویروس در معرض تشخیص باکتری قرار دادند. هنگامی که ویروس جعلی در معرض تشخیص باکتری قرار گرفت و از سویی نیز همان دستگاه کریسپر مذکور در همان لحظه، دیتاها را درون باکتری‌ها جاگذاری می‌کرد.

 هر چیزی را می‌توان در قالب کد ذخیره کرد؛ از یک قطعه شعر تا یک برنامه‌ی کامپیوتری. در تحقیقات قبلی دانشمندان توانسته بودند تا ذخیره‌سازی داده‌ها را با DNA انجام دهند، اما چالش موجود در پروژه‌ی اخیر این بود که بتوانند همین ترفند را در داخل یک سلول زنده با استفاده از فرآیندهای طبیعی خود آن سلول به انجام برسانند. ست شیپمن (Seth Shipman) متخصص ژنتیک و محقق در گفتگو با پاپیولار مکانیکز گفت:

کار در داخل یک سلول زنده، داستان و چالشی کاملا متفاوت است. ما به جای اینکه بخواهیم DNA را سنتز کرده و سپس آن را درون یک سلول زنده بگذاریم، می‌خواستیم بدانیم که آیا می‌توانیم با استفاده از روش خود طبیعت و به طور مستقیم روی ژنوم یک سلول باکتری کدها را بنویسیم یا خیر. به این ترتیب در صورت انجام این کار می‌توان آن را طی فرایند کپی و پیست به نسل‌های بعدی منتقل کرد.

 هنگامی که باکتری‌ها داده‌ها را ذخیره می‌کنند، به صورت متعاقب نیز دیتاها را دریافت می‌کند و بازیابی آنها در مرحله بعد (از طریق تجزیه و تحلیل ژنتیکی به نام ژنوتیپ) آسان‌تر می‌شود. اما در این میان مشکلات بالقوه‌ای نیز در طول فرایند وجود دارد؛ همه‌ی باکتری‌ها تمام داده‌های ارائه شده را دریافت نمی‌کنند؛ این بدان معنی است که شما برای برگرداندن کل پیام مخابره شده شاید به یک اندازه‌ی نمونه‌ی بزرگ نیاز داشته باشید.

 شیپمن باور دارد که توانایی‌ها و ظرفیت‌های بیشتری در این زمینه وجود دارد. برخی از سلول‌ها گنجایش ذخیره‌ی ۳۰۰۰ بایت داده را نیز می‌توانند داشته باشند. همچنین پتانسیل زیادی برای ساخت هارد درایوهای باکتریایی طراحی شده بر اساس ژنتیک وجود دارد. این تحقیقات شگفت‌انگیز هستند. اما در حال حاضر با این ظرفیت کوچک، توصیه می‌کنیم که هنوز روی هارد دیسک‌های قدیمی خود سرمایه‌گذاری کنید!

 گفتنی است که یافته‌های این پژوهش در ژورنال ساینس منتشر شده است.