تاريخ متسارع للكتابة رقميّاً على الجينوم

في مطلع هذه السنة، ثار نقاش ضخم عندما أُعلِن عن دخول البشرية عصر الكتابة على الجينوم (انظر «الحياة» في 24 كانون الثاني/ يناير 2013)، مع تمكّن فريق علمي أوروبي-أميركي من تضمين حمض ال «دي آن إيه» ملفات رقميّة تضمّنت نصوص قصائد شكسبير وتسجيلاً صوتياً لخطاب لمارتن لوثر كينغ ومجموعة صور، بمعنى الكتابة رقمياً بالنصوص والأصوات والصور على جينات الوراثة.
على رغم ضخامة هذا الإنجاز، إلا أنه لا يُعتبر أول في تخزين معلومات رقميّة واسعة في الحمض النووي الوراثي، ففي العام الماضي، لفت باحثون عملوا تحت إشراف مهندسي البيولوجيا سريرام كوسوري وجورج تشيرتش، وكلاهما من كلية «هارفرد» للطب، إلى أنّهم حفظوا نصوصاً علميّة في حمض ريبي نووي، بواقع تخزين 700 تيرابايت (ال «تيرابايت» تساوي ألف غيغابايت) من المعلومات في غرام الحمض الوراثي، ما يفوق بست مرات كثافة البيانات المخزّنة في قرص صلب لكومبيوتر تقليدي. كما كشف فريق علمي قاده عالمَا بيولوجيا الجينات نيك غولدمان وإيوان بيرني من «المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية» في «هينكستون» في المملكة المتحدة أخيراً، أنهما حسّنا ما فعله فريق كوسوري وتشيرتش، عبر التمكّن من زيادة سعة التخزين بمقدار أربعة أضعاف، فوصل إلى 2.2 بيتابت في غرام الحمض الوراثي.
وبهدف بلوغ ذلك، بدأ الفريق تحويل البيانات المتنوّعة إلى لغة الكومبيوتر الثنائية التي تتألف من تسلسلسلات طويلة من رقمي صفر وواحد (0 و1). ثمّ أعاد الباحثون كتابة هذه البيانات على شكل خيوط تتشابه مع التركيبة الأساسيّة في حمض الوراثة التي تتألف من تراكيب يُشار إليها بأحرف A وG وC وT، ويحتوي كل منها على 3 مُكوّنات.
وبهذه الطريقة، استطاع العلماء تحميل كل غرام من الحمض الوراثي، ب2.2 مليون غيغابايت من المعلومات، ما يوازي الكمية التي يمكن تخزينها في قرابة نصف مليون قرص «دي في دي». فضلاً عن ذلك، أضاف الباحثون نظاماً لتصحيح الأخطاء، ورمّزوا المعلومات مرات عدّة، ليتأكدوا من قدرة نُظُم الكومبيوتر على إعادة قراءة تلك المعلومات من الحمض النووي الوراثي.
حلّ لأزمة البيانات
وفي نقاش عن هذا الإنجاز، طرح غولدمان وبيرني وزملاؤهما سؤالاً عن الموعد المرتقب لوضع هذا النوع من التكنولوجيا موضع التطبيق. ومثلاً، تُنتج مؤسسات مثل «مصادم الهدرونات الكبير» الموجود في «سيرن» في سويسرا، نحو 15 بيتابت من البيانات سنوياً. ويبدو أنّ الحاجة إلى مخزن كبير للمحفوظات تزداد بسرعة. وفي العادة، تحفظ هذه المؤسسة وأمثالها بياناتها الضخمة في اسطوانات مغناطيسية. ويتطلّب حفظ هذه البيانات بشكل آمن وعلى مرّ السنين، إعادة كتابتها بشكل متواصل، ما يرفع أيضاً تكلفة حفظها. في المقابل، يميل حمض الوراثة للاستقرار ربما لآلاف السنوات، في حال حفظه في مكان بارد وجاف.
كما أشار غولدمان إلى أنّ تكاليف تركيب الحمض الوراثي اصطناعياً، تتراجع بشكل سريع ومستمر. ورأى باحثون في «المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية» أن تخزين البيانات في الحمض النووي الوراثي يُعتبر مجدياً لجهة التكلفة بالنسبة إلى البيانات التي يتوجب حفظها لفترة 600 سنة أو أكثر. ولكن، مع تراجع تكلفة تركيب هذا الحمض الريبي النووي، يصبح أمر التخزين ممكناً بالنسبة للبيانات الأقل أهمية نسبياً، بمعنى أنه يتوجب حفظها نصف قرن.
واعتبر كوسوري أن الانجاز الأخير في الكتابة على الحمض النووي الوراثي عمل جيد، كما أن تكلفته مرشّحة للانخفاض المستمر. وأوضح أنه في البدء، لا يمكن تغيير أو إعادة كتابة البيانات المحفوظة في الحمض الوراثي، كما هي الحال بالنسبة الى التقنيات الإلكترونية في تخزين المعلومات. وبيّن وجود صعوبة اخرى، تتمثل في عدم القدرة حاضراً على الوصول إلى أجزاء بعينها من المعلومات، بل يجب ترتيب مجموعات كبيرة من الحمض الوراثي النووي من أجل العثور على ما جرى حفظه. وحتى لو كان حجم تخزين البيانات في الحمض النووي الوراثي كبير جداً، يبقى حفظ الصور العالية الدّقة على قرص «دي في دي» أمرا يستحق العناء، في الوقت الحالي، فماذا عن الغد؟