علماء يخزنون الجينوم البشري على بلورة ذاكرة لمليارات السنين

منى سعيد 

تمكن علماء جامعة ساوثهامبتون من تخزين الجينوم البشري الكامل على بلورة ذاكرة 5D - وهو تنسيق ثوري لتخزين البيانات يمكنه البقاء لمليارات السنين.

ويأمل الفريق أن توفر هذه البلورة مخططًا لإعادة البشرية من الانقراض بعد آلاف أو ملايين أو حتى مليارات السنين في المستقبل، إذا سمح العلم بذلك.

يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية لإنشاء سجل دائم للجينومات الخاصة بالأنواع النباتية والحيوانية المهددة بالانقراض.

تم تطوير بلورة الذاكرة 5D بواسطة مركز أبحاث الإلكترونيات البصرية (ORC) التابع لجامعة ساوثهامبتون.

على عكس تنسيقات تخزين البيانات الأخرى التي تتدهور بمرور الوقت، يمكن لبلورات الذاكرة 5D تخزين ما يصل إلى 360 تيرابايت من المعلومات (في أكبر حجم) دون فقد لمليارات السنين، حتى في درجات الحرارة المرتفعة. وهي تحمل الرقم القياسي العالمي (الذي مُنح في عام 2014) لأكثر مواد تخزين البيانات متانة.

إن هذه البلورة تعادل الكوارتز المنصهر، وهو أحد أكثر المواد متانة كيميائياً وحرارياً على وجه الأرض. فهي قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية والمنخفضة من التجمد والنار ودرجات الحرارة التي تصل إلى 1000 درجة مئوية. كما تستطيع البلورة أن تتحمل قوة تأثير مباشرة تصل إلى 10 أطنان لكل سم2 ولا تتغير بفعل التعرض الطويل للإشعاع الكوني.

يستخدم الفريق في ساوثهامبتون، بقيادة البروفيسور بيتر كازانسكي ، أشعة ليزر فائقة السرعة لتسجيل البيانات بدقة في فراغات نانوية موجهة داخل السيليكا - مع أحجام ميزات صغيرة تصل إلى 20 نانومتر.

على عكس وضع العلامات على سطح قطعة ورق ثنائية الأبعاد أو شريط مغناطيسي فقط، تستخدم طريقة الترميز هذه بعدين بصريين وثلاثة إحداثيات مكانية للكتابة على طول المادة - ومن هنا جاء "5D" في اسمها.

إن طول عمر البلورات يعني أنها ستعيش أطول من عمر البشر والأنواع الأخرى. وفي الوقت الحالي، ليس من الممكن خلق البشر والنباتات والحيوانات صناعياً باستخدام المعلومات الوراثية وحدها، ولكن حدثت تطورات كبيرة في علم الأحياء الصناعي في السنوات الأخيرة، ولا سيما خلق بكتيريا صناعية بواسطة فريق الدكتور كريج فينتر في عام 2010.

ويقول البروفيسور كازانسكي: "نعلم من أعمال الآخرين أن المادة الوراثية للكائنات الحية البسيطة يمكن تصنيعها واستخدامها في خلية موجودة لإنشاء عينة حية قابلة للحياة في المختبر".

"إن بلورة الذاكرة 5D تفتح إمكانيات للباحثين الآخرين لبناء مستودع دائم للمعلومات الجينية يمكن من خلاله استعادة الكائنات الحية المعقدة مثل النباتات والحيوانات إذا سمح العلم في المستقبل بذلك."

لاختبار هذا المفهوم، أنشأ الفريق بلورة ذاكرة خماسية الأبعاد تحتوي على الجينوم البشري الكامل. بالنسبة لحوالي ثلاثة مليارات حرف في الجينوم، تم تسلسل كل حرف 150 مرة للتأكد من أنه في هذا الموضع. تم إجراء عمل التسلسل العميق بالشراكة مع Helixwork Technologies .

يتم تخزين البلورة في أرشيف ذاكرة البشرية - وهي كبسولة زمنية خاصة داخل كهف ملحي في هالستات، النمسا.

عند تصميم البلورة، فكر الفريق في إمكانية استرجاع البيانات الموجودة بداخلها بواسطة ذكاء (نوع أو آلة) يأتي بعدنا في المستقبل البعيد. والواقع أن هذه البيانات قد توجد في المستقبل البعيد بحيث لا يوجد إطار مرجعي.

ويقول البروفيسور كازانسكي: "إن المفتاح البصري المنقوش على البلورة يمنح من يجدها معرفة البيانات المخزنة في الداخل وكيف يمكن استخدامها".

فوق المستويات الكثيفة من البيانات الموجودة بالداخل، يُظهر المفتاح العناصر العالمية (الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين)؛ والقواعد الأربع لجزيء الحمض النووي (الأدينين والسيتوزين والجوانين والثايمين) مع بنيتها الجزيئية؛ وموقعها في البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي؛ وكيف يتموضع الجينات في الكروموسوم، والذي يمكن بعد ذلك إدخاله إلى الخلية.

للحصول على مؤشر بصري للأنواع التي تنتمي إليها بلورة الذاكرة 5D، قام الفريق بتكريم لوحات مركبة الفضاء الرائدة التي أطلقتها وكالة ناسا في مسار يأخذها إلى ما هو أبعد من حدود النظام الشمسي.

ويضيف البروفيسور كازانسكي: "لا نعلم ما إذا كانت تقنية بلورات الذاكرة ستتمكن من تتبع هذه اللويحات في المسافة التي تقطعها، ولكن من المتوقع بدرجة عالية من الثقة أن يتجاوز كل قرص وقت بقائه".