ذخیره فیلم سینمایی روی DNA باکتری زنده

وب سایت شهر سخت افزار: محققان موفق شدند تصاویر متحرک را روی DNA یک باکتری ذخیره کنند. تیم تحقیقاتی حاضر در این پروژه معتقد است از راهکار ضبط تصاویر و بازخوانی مجدد آن‌ها می‌توان در خودکارسازی فرایند ثبت تغییرات سلولی در بدن استفاده کرد.


یکی از اولین تصاویر متحرک ضبط شده در تاریخ بشر، بار دیگر خبرساز شده است. این تصویر که شخصی را در حال سوارکاری نشان می دهد این‌بار روی DNA یک باکتری زنده ذخیره شده است. این راهکار، چشم‌اندازی تازه‌ای را در زمینه محدود نبودن دیسک‌های ذخیره‌سازی بیولوژیکی ایجاد کرده است.

اگرچه محققان پیش از این نیز مقادیر زیاد اطلاعات شامل تصاویر ویدئویی را روی DNA ثبت و ضبط کرده بودند اما این اولین باری است که محققان موفق به ذخیره و پس از آن، پخش ویدئویی نظیر این روی DNA یک باکتری زنده شده‌اند. تیم محققان حاضر در این پروژه، این دستاورد را فراتر از موفقیتی در حوزه ذخیره‌سازی محتویات چندرسانه‌ای می داند.

محققان معتقدند تکنیک به‌کار گرفته شده در ذخیره این تصویر متحرک روی DNA باکتری زنده این نوید را خواهد داد تا سلول‌ها به ضبط کننده لحظه‌ای مولکولار تبدیل شوند. به این ترتیب می‌توان تغییرات بیولوژیکی در بدن را مانند زمانی که دوربین فیلم‌برداری به داخل بافت‌ها راه یافته، ثبت و ضبط کرد.

Seth Shipman متخصص اعصاب حاضر در این پروژه می‌گوید:

ما قصد داریم سلول‌ها را به مورخانی برای بدن هر شخص تبدیل کنیم. چشم ‌انداز ما در اجرای این پروژه، دست‌یابی به سیستم حافظه بیولوژیکی است که به مراتب کوچک‌تر و البته کارآمدتر از تکنولوژی‌های فعلی است. این سیستم می‌تواند رویدادهای مختلف را در طول زمان، ثبت و ضبط کند.

تمرکز Shipman به عنوان عصب شناس، روی تحقیق در خصوص نحوه تغییر سلول‌های مغز، با گذشت زمان است. البته با درنظر گرفتن این امر که تغییرات میکروسکوپی فراوانی با گذشت زمان در داخل بافت‌های زنده ایجاد می‌شود، تمرکز روی بررسی تغییرات سلول‌های مغز، قطعاً کار آسانی نخواهد بود. از همین رو، یکی از راهکارهای موجود آن است که سلول‌های زنده را وادار کنیم خودشان تغییرات را ثبت و ضبط کنند. Shipman معتقد است نقاط زیادی در بدن انسان وجود دارد که امکان دسترسی به آن‌ها برای بررسی تغییرات بافت‌ها وجود ندارد. با وجود این، سلول‌های هر بافت می‌توانند به بهترین شکل ممکن به این نقاط دسترسی داشته باشند:

مغز در فضای داخل جمجمه محبوس شده اما تغییرات این عضو حیاتی بدن، خیلی سریع و به طور‌ لحظه‌ای اتفاق می‌افتد.

برای بررسی این ایده، تیم محققان حاضر در پروژه، هر پیکسل انیمیشن اسب در حال حرکت را به یک کد DNA تبدیل کردند. در مرحله بعدی، محقان از تکنولوژی ویرایش ژن CRISPR استفاده کرده تا این توالی اطلاعات را در ژنوم باکتری E. coli ادغام کنند. در قالب این روش، هر روز، فریم جدیدی از این انیمیشن به سلول‌های باکتری اضافه شد.

در مرحله بعدی، انتظار یک هفته‌ای در دستورکار این تیم تحقیقاتی قرار گرفت تا برای تقسیم و چندبرابر شدن باکتری در محیط آزمایشگاهی، یک هفته به آن فرصت دهند. هدف محققان آن بود تا انیمیشن متحرک، به نسل بعدی باکتری انتقال پیدا کند. این راهکار را می‌توان چیزی شبیه به فرایند به اشتراک‌گذاری بیولوژیکی فایل‌ها فرض کرد.

پس از این، بعد از توالی DNA بدست آمده از نمونه باکتری‌ها، تیم محققان موفق شد انیمیشن متحرک را بازپخش کند. نکته قابل توجه اینکه ۹۰ درصد از اطلاعات، همچنان دست نخورده باقی مانده بود. نتیجه این آزمایش آن است که سلول‌های زنده امکان ضبط و نگهداری اطلاعات را به صورت توالی داده‌ها خواهند داشت. این اطلاعات را می‌توان در صورت نیاز، مجدداً بازیابی و مشاهده کرد.

در صورتی که این قابلیت را بتوان در ثبت و ضبط انواع دیگر اطلاعات با فرمت‌های مختلف (نظیر تغییرات خصوصیات ژنی) به کار گرفت، این امکان فراهم خواهد شد تا تغییرات سلول‌ها یا حتی پیشرفت بیماری‌ها را به صورت لحظه‌ای رصد کرد. علاوه بر این می‌توان خطراتی که سلامتی فرد را تهدید می‌کنند در زمانی که همچنان امکان پیشگیری از بیماری وجود دارد شناسایی کرد و اقدامات لازم را انجام داد.

شیپ‌من معتقد است از این راهکار می‌توان به عنوان دستورالعملی برای مهندسی کردن سلول‌های مشابه، مدل‌سازی بیماری‌ها یا حتی یافتن راهکاری جدید برای درمان امراض استفاده کرد. این پروژه برپایه پروژهش‌های انجام شده توسط همین تیم در سال گذشته میلادی، صورت گرفته است. در سال گذشته میلادی، این تیم از محققان موفق شده بودند ۱۰۰ بایت اطلاعات را روی سلول‌های E.coli رمزنگاری کنند.

نتایج این تحقیقات جدید حکایت از آن دارد که دیسک‌های ذخیره‌سازی توسعه یافته برپایه ارگان‌های زنده را می‌توان در ابعاد گسترده‌تر و با هدف ثبت تاریخچه‌ اطلاعات ایجاد کرد. به این ترتیب، سلول‌ها می‌توانند به اکشن کمراهایی نظیر محصولات GoPro در داخل بدن تبدیل شوند.