מאת: שוקי רביב
עריכה: יעל הלפמן כהן
מה השתנה בדרך להפיכת מולקולת החיים לכונן המידע של העתיד?
בחופשה המשפחתית האחרונה צילמתי בלי סוף את הנכדים ואת החוויות שעברנו יחד. זמן קצר אחר כך קיבלתי מגוגל הודעה מוכרת: שטח האחסון שלי הולך ואוזל, ואם ארצה להמשיך לשמור עוד ועוד תמונות, כדאי שאגדיל את נפח האחסון תמורת כמה דולרים נוספים בחודש.
זה גרם לי לחשוב עד כמה הפכנו כולנו לצרכנים מכורים למקום אחסון. תמונות, סרטונים, הודעות, מסמכים הכל נשמר לעיתים לשנים, גם אם כמעט ואיננו חוזרים אליו. חקרתי קצת את הנושא וגיליתי לתדהמתי שהפתרונות הטכנולוגיים שהאנושות המציאה לנושא האחסון הם הכי לא ברי קיימא שיכולים להיות. האנושות מבזבזת 5 ואולי אפילו 8 אחוז מצריכת האנרגיה על שמירת המידע. מסתבר שבטבע מצאו כבר פתרון מקיים לבעיית האחסון והדיוק בשמירת מידע.
הפתרון מיושם באופן מופלא בגופנו, במוליקולת ה- DNA – הארד-דיסק בן מיליארדי שנים.
בעבר כבר עסקנו ברעיון של אחסון מידע ב- DNA. העיקרון מפתיע בפשטותו, במקום לייצג מידע דיגיטלי באמצעות 0 ו – 1, אפשר לקודד אותו באמצעות ארבע ה"אותיות" (C G T A), לסנתז את הרצפים המתאימים ובעת הצורך לרצף אותם ולשחזר מהם את הקובץ המקורי. אלא שמאז הידיעה הקודמת חלו התפתחויות.
איך לשלוף מידע?
הDNA – מאפשר צפיפות מידע עצומה, יציבות לאורך זמן, ובעיקר בניגוד לחוות שרתים היא אינה זקוקה לאספקת חשמל מתמדת כדי לשמור את המידע שבתוך המלקולה. אבל לא מספיק לשמור מידע, צריך שיהיה אפשר למצוא אותו בקלות וביעילות.
דמיינו ספרייה ובה מיליארדי ספרים זעירים. אפשר להכניס אליה עוד ועוד מידע, אבל מה יקרה כאשר נרצה למצוא דווקא תמונה מסויימת מהחופשה המשפחתית. האתגר הוא להצליח לבצע שליפה סלקטיבית מה DNA בלי לקרוא את כל המאגר.
במחקר שפורסם ב־2025 ב-Nature Communications הציגו חוקרים שיטה המשתמשת בכלי העריכה הגנטית CRISPR-Cas9, בשילוב תכנון ממוחשב, כדי לאפשר גישה למידע מסוים בתוך מאגר DNA. המערכת אף מדגימה חיפוש סמנטי – חיפוש המבוסס על משמעות ולא רק על כתובת מדויקת של קובץ. כלומר, CRISPR, כלי שהתפתח ממערכת הגנה טבעית של חיידקים מפני נגיפים ושאותו למדנו לרתום לעריכת גנים, מקבל כאן תפקיד נוסף לגמרי: מנוע חיפוש בתוך מאגר מידע מולקולרי.
מה קורה כשיש טעויות?
תהליך הכתיבה והקריאה ב- DNA אינו חף משגיאות. בסיסים עלולים להימחק, להתווסף או להשתנות, וכאשר מאחסנים מידע דיגיטלי אפילו שגיאה קטנה עלולה לפגוע בקובץ.
כאן נפגשים ביולוגיה, מדעי המחשב ובינה מלאכותית.
ב 2025 פרסמה קבוצתו של פרופ' איתן יעקבי מהטכניון, ובה גם עומר צברי, שהופיעו בידיעה הקודמת, מחקר ב – NATURE MACHINE INTELLLIGENCE. החוקרים שילבו תורת קודים ולמידה עמוקה כדי לשפר את היכולת לשחזר מידע ממאגרי DNA גדולים, גם כאשר תהליכי הכתיבה והקריאה יוצרים שגיאות.
אולי גם את ה"עט" כדאי ללמוד מהטבע
כדי לשמור מידע ב DNA צריך קודם כל לייצר את מולקולות ה DNA שעליהן הוא ייכתב.
השיטות הכימיות המקובלות לסינתזת DNA צורכות חומרים ומייצרות פסולת כימית, ולכן ככל שננסה להגדיל את כמות המידע המאוחסנת, הבעיה הסביבתית עלולה לגדול איתה. הפתרון – במקום רק להשתמש ב-DNA כחומר האחסון שהטבע פיתח, חוקרים מנסים להשתמש גם באנזימים, שהם כלי העבודה שבהם הטבע עצמו משתמש כדי לבנות ולעבד DNA.
סקירה שפורסמה ב־2025 ב-Chemical Communications מתארת כיצד סינתזה אנזימטית עשויה להפחית שימוש בחומרים מסוכנים ובפסולת ולתרום לפיתוח מערכות אחסון DNA יעילות ובנות-קיימא יותר.
מהמבחנה אל מערכת האחסון
כתיבה של DNA עדיין יקרה ואיטית בהשוואה לאחסון דיגיטלי רגיל, וגם מהירות השליפה והקריאה רחוקה מזו שאנו רגילים אליה במחשב או בטלפון.
לכן סביר שהיישום הראשון של הטכנולוגיה לא יהיה התמונות שאנחנו פותחים בכל יום, אלא דווקא "מידע קר". כלומר ארכיונים, מסמכים היסטוריים, מידע מדעי או רפואי ומאגרים עצומים שצריך לשמור במשך עשרות ומאות שנים אך כמעט שלא ניגשים אליהם.
בכל זאת, המרחק בין רעיון למערכת ממשית הולך ומצטמצם. כבר ב־2019 הציגו Microsoft ואוניברסיטת וושינגטון מערכת אוטומטית שהצליחה לקחת מידע דיגיטלי, לקודד אותו, לכתוב אותו ל-DNA ולקרוא אותו בחזרה. בניסוי ההדגמה נשמרה המילה הפשוטה hello.
ומה עם התמונות מהחופשה?
בינתיים כשהטלפון מודיע לי שנגמר המקום, אני עדיין צריך למחוק תמונות או לקנות עוד שטח אחסון בענן. אבל אולי בעוד כמה עשרות שנים המושג "ענן" ייראה לנו מיושן. ייתכן שחלק מהזיכרונות הדיגיטליים שלנו יישמרו לא על דיסקים בחוות שרתים עצומות, אלא בתוך מבחנה זעירה המכילה מולקולות DNA.