Tá céim shuntasach glactha i dtreo córas stórála bunaithe ar DNA a fhorbairt le haghaidh sonraí digiteacha i staidéar ceannródaíoch .
Tá sonraí digiteacha ag fás ar ráta easpónantúil inniu mar gheall ar ár spleáchas ar ghairis agus tá stóráil láidir fhadtéarmach ag teastáil uathu. Tá stóráil sonraí ag éirí dúshlánach de réir a chéile toisc nach bhfuil an teicneolaíocht dhigiteach reatha in ann réiteach a sholáthar. Mar shampla, cruthaíodh níos mó sonraí digiteacha le dhá bhliain anuas ná i stair iomlán na ríomhairí , i ndáiríre tá 2.5 quintillion beart {1 quintillion beart = 2,500,000 Terabyte (TB) = 2,500,000,000 Gigabyte (GB)} sonraí á gcruthú gach lá ar fud an domhain. Áirítear leis seo sonraí ar shuíomhanna líonraithe shóisialta, idirbhearta baincéireachta ar líne, taifid chuideachtaí agus eagraíochtaí, sonraí ó shatailítí, faireachas, taighde, forbairt srl. Tá na sonraí seo ollmhór agus neamhstruchtúrtha. Dá bhrí sin, is dúshlán mór anois é dul i ngleic le riachtanais ollmhóra stórála sonraí agus a bhfás easpónantúil, go háirithe d'eagraíochtaí agus do chorparáidí a bhfuil stóráil láidir fhadtéarmach ag teastáil uathu.
Is iad na roghanna atá ar fáil faoi láthair ná diosca crua, dioscaí optúla (CDanna), bataí cuimhne, tiomántáin splanc, agus an tiomántán téipeanna nó dioscaí optúla Blu-ray a stórálann suas le 10 dterabyte (TB) de shonraí. Tá go leor míbhuntáistí ag baint le feistí stórála den sórt sin, cé go n-úsáidtear iad go coitianta. Ar an gcéad dul síos, tá seilfré íseal go meánach acu agus ní mór iad a stóráil faoi choinníollacha teochta agus taise idéalach chun go mairfidh siad le blianta fada agus mar sin go dteastaíonn spásanna stórála fisiceacha saindeartha uathu. Itheann beagnach gach ceann díobh seo go leor cumhachta, tá siad toirtiúil agus neamhphraiticiúil agus is féidir dochar a dhéanamh dóibh le titim shimplí. Tá cuid acu an-chostasach, is minic a bhíonn earráidí sonraí ag baint leo agus mar sin níl siad láidir go leor. Tugtar néalríomhaireacht ar rogha a bhfuil glactha leis go huilíoch ag an eagraíocht – socrú ina bhfostaíonn cuideachta go bunúsach freastalaí “lasmuigh” chun a riachtanais TF agus stórála sonraí go léir a láimhseáil, ar a dtugtar an “scamall”. Ceann de na príomh-mhíbhuntáistí a bhaineann le néalríomhaireacht ná ceisteanna slándála agus príobháideachais agus leochaileacht ionsaí ó hackers. Tá saincheisteanna eile i gceist freisin amhail costais arda, rialú teoranta ag máthair-eagraíocht agus spleáchas ar ardáin. Feictear go bhfuil ríomhaireacht scamall fós ina rogha malartach maith le haghaidh stórála fadtéarmach. Mar sin féin, tá an chuma ar an scéal go bhfuil an fhaisnéis dhigiteach atá á giniúint ar fud an domhain ag scoitheadh ar ár gcumas í a stóráil agus tá gá le réitigh níos láidre fós chun freastal ar an díle sonraí seo agus inscálaitheacht á soláthar chun riachtanais stórála na todhchaí a chur san áireamh freisin.
An féidir le DNA cabhrú le stóráil ríomhaire?
Táthar ag smaoineamh ar ár n-ADN (aigéad dí-ocsairibonúicléasaigh) mar mheán malartach spreagúil le haghaidh stórála sonraí digiteacha. Is é an ADN an t-ábhar féin-mhacasamhail atá i láthair i mbeagnach gach orgánach beo agus is é a chomhdhéanann ár bhfaisnéis ghéiniteach. Is ábhar marthanach é ADN saorga nó sintéiseach ar féidir é a dhéanamh ag baint úsáide as meaisíní sintéise oligonucleotide atá ar fáil go tráchtála. Is é príomhbhuntáiste ADN a fhad saoil mar go maireann ADN 1000 uair níos faide ná sileacan (sliseanna sileacain – an t-ábhar a úsáidtear chun ríomhairí a thógáil ). Ionadh go leor, is féidir le milliméadar ciúbach amháin de ADN quintillion beart sonraí a shealbhú! Is ábhar thar a bheith dlúth é ADN freisin nach ndíghrádaíonn choíche agus is féidir é a stóráil in áit fhionnuar, thirim ar feadh na gcéadta bliain. Tá an smaoineamh ADN a úsáid le haghaidh stórála ann le fada an lá siar go dtí 1994. Is é an phríomhchúis ná an bealach céanna ina stóráiltear faisnéis i ríomhaire agus inár ADN – ós rud é go stórálann an dá cheann treoirphleananna na faisnéise. Stórálann ríomhaire na sonraí go léir mar 0anna agus 1anna agus stórálann DNA na sonraí go léir d'orgánach beo ag baint úsáide as na ceithre bhunáit – tímín (T), guanín (G), adainín (A) agus cítosín (C). Dá bhrí sin, d'fhéadfaí gléas stórála caighdeánach a thabhairt ar DNA, díreach cosúil le ríomhaire, má tá na bunáiteanna seo indéanta a léiriú mar 0anna (bunáiteanna A agus C) agus 1anna (bunáiteanna T agus G). Tá DNA láidir agus buan, agus is é an léiriú is simplí ná go ndéantar ár gcód géiniteach – treoirphlean ár faisnéise go léir atá stóráilte i DNA – a tharchur go héifeachtach ó ghlúin amháin go glúin eile ar bhealach arís agus arís eile. Tá fonn ar gach fathach bogearraí agus crua-earraí DNA sintéiseach a úsáid chun méideanna móra a stóráil chun a sprioc a bhaint amach maidir le cartlannú fadtéarmach sonraí a réiteach. Is é an smaoineamh ná na 0anna agus na 1anna cód ríomhaire a thiontú ar dtús ina chód DNA (A, C, T, G), agus ansin úsáidtear an cód DNA tiontaithe chun snáitheanna sintéiseacha DNA a tháirgeadh ar féidir iad a chur i stóras fuar ansin. Aon uair is gá, is féidir snáitheanna DNA a bhaint as stóras fuar agus a gcuid faisnéise a dhíchódú ag baint úsáide as meaisín seicheamhaithe DNA agus ar deireadh aistrítear seicheamh DNA ar ais go formáid ríomhaire dénártha de 1anna agus 0anna le léamh ar an ríomhaire.
Tá sé léirithe1 gur féidir le cúpla gram de DNA quintillion beart sonraí a stóráil agus iad a choinneáil slán ar feadh suas le 2000 bliain. Mar sin féin, tá roinnt dúshlán roimh an tuiscint shimplí seo. Ar an gcéad dul síos, tá sé sách costasach agus thar a bheith mall sonraí a scríobh chuig DNA i.e. tiontú iarbhír na 0anna agus na 1anna go dtí na bunanna DNA (A, T, C, G). Ar an dara dul síos, nuair a bhíonn na sonraí "scríofa" ar an DNA, bíonn sé dúshlánach comhaid a aimsiú agus a aisghabháil agus teastaíonn teicníc ar a dtugtar seicheamhú DNA - próiseas chun ord beacht na mbonn laistigh de mhóilín DNA a chinneadh - agus ina dhiaidh sin déantar na sonraí a dhíchódú ar ais go 0anna agus 1anna.
Tá staidéar le déanaí2 ag eolaithe ó Microsoft Research agus Ollscoil Washington tar éis “rochtain randamach” a bhaint amach ar stóráil DNA. Tá an ghné “rochtain randamach” an-tábhachtach mar ciallaíonn sé gur féidir faisnéis a aistriú chuig áit nó ó áit (de ghnáth cuimhne) ina bhfuil rochtain dhíreach ar gach suíomh, is cuma cá bhfuil sé sa seicheamh. Ag baint úsáide as an teicníc rochtana randamach seo, is féidir comhaid a aisghabháil ó stóráil DNA ar bhealach roghnach i gcomparáid le roimhe seo, nuair a bhí gá le tacar sonraí DNA iomlán a sheicheamhú agus a dhíchódú chun na cúpla comhad a theastaigh a aimsiú agus a bhaint amach. Méadaítear tábhacht na “rochtana randamaí” tuilleadh nuair a mhéadaíonn méid na sonraí agus nuair a éiríonn sé ollmhór mar laghdaíonn sé an méid seicheamhúcháin is gá a dhéanamh. Is é seo an chéad uair riamh a léiríodh an rochtain randamach ar scála chomh mór sin. D'fhorbair taighdeoirí algartam freisin chun sonraí a dhíchódú agus a athchóiriú ar bhealach níos éifeachtaí le níos mó caoinfhulaingt d'earráidí sonraí rud a fhágann go bhfuil an nós imeachta seicheamhúcháin níos tapúla freisin. Rinneadh níos mó ná 13 milliún oligonucleotides DNA sintéiseacha a ionchódú sa staidéar seo, arb ionann é agus sonraí de mhéid 200MB, ina raibh 35 comhad (ina raibh físeán, fuaim, íomhánna agus téacs) idir 29KB agus 44MB. Aisghabhadh na comhaid seo ina n-aonar gan aon earráidí. Chomh maith leis sin, cheap na húdair halgartaim nua atá níos láidre agus níos fulangaí ó thaobh earráidí de agus seichimh DNA á scríobh agus á léamh. Is dul chun cinn mór é an staidéar seo, a foilsíodh i Nature Biotechnology, a léiríonn córas inmharthana, ar scála mór le haghaidh stóráil agus aisghabháil DNA.
Breathnaíonn córas stórála DNA an-tarraingteach mar gheall ar a dlús sonraí ard, a chobhsaíocht ard agus a éascaíocht stórála, ach is léir go bhfuil go leor dúshlán roimhe sula nglacfar leis go huilíoch. Is beag fachtóir iad díchódú DNA (an seicheamhú) a thógann am agus saothair agus sintéis DNA freisin . Éilíonn an teicníc níos mó cruinneas agus clúdach níos leithne. Cé go bhfuil dul chun cinn déanta sa réimse seo, ní mór an fhormáid chruinn ina stórálfar sonraí san fhadtéarma a fheiceáil, toisc go bhfuil DNA fós ag teacht chun cinn. Tá gealltanas tugtha ag Microsoft feabhas a chur ar tháirgeadh DNA sintéiseach agus aghaidh a thabhairt ar na dúshláin chun córas stórála DNA lánoibríoch a dhearadh faoi 2020.
***
Foinse / foinsí
1. Erlich Y agus Zielinski D 2017. Cumasaíonn DNA Fountain ailtireacht stórála láidir agus éifeachtach. Science. 355(6328). https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. Rochtain randamach i stóráil sonraí DNA ar scála mór. Nature Biotechnology. 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
***
