אחסון מידע

DNA Data Storage

מאת: יעל הלפמן כהן

"אנחנו הולכים הכי אחורה, לטבע, בשביל לפתור בעיה הכי מודרנית שיש", מספר עומר צברי, דוקטורנט בפקולטה למדעי המחשב, במעבדה של פרופ' איתן יעקובי, כשהוא מתאר מה הוא עושה.

הבעיה המודרנית היא התפוצצות של דאטה. כמות המידע בעולם הולכת וגדלה בקצב אדיר, ואת המידע הזה צריך לאחסן איפשהו. רק כדי להבין את המימדים, ההערכה היא שעד סוף השנה כמות המידע לאחסון תהיה שקולה לכמות הידע המאוחסנת ב-360 מיליארד לפטופים!

רוב המידע הזה הוא מידע קר, כלומר מידע שכמעט ולא ניגשים אליו, אך עדיין יש צורך לשמר אותו. התחזוקה כמובן צורכת חשמל רב. למשל כיום, 5% מצריכת החשמל בארה"ב וזה עתיד לעלות ל- 8%, מיועדת לאחסון מידע. מדובר במפגע אנרגטי שמצריך פתרון בהול.

ללכת הכי אחורה, לטבע, זה לחזור למערכת אחסון המידע היעילה ביותר בטבע, ה- DNA.

ה DNA הוא מערכת אחסון מידע אולטימטיבית – עמידה, קומפקטית, וניתנת לשכפול. המידע הגנטי נרשם ב-  DNA  לאורך שנים והוא יציב לאורך זמן. כמה יציב? יש סיפורים של שחזור חיים קדמונים גם אחרי מיליוני שנים משרידי DNA.

הפתרון המתבקש הוא לאחסן את המידע בכוננים ביולוגים. ה- DNA יכול לדחוס פי 10 בשמינית מכל הארד דיסק! הרעיון של אחסון מידע ב-DNA אינו חדש, ריצארד פיינמן, זוכה פרס נובל לפיסיקה, העלה רעיון זה בשנת 1959, אך הניסוי הראשון שבו נשמרה כמות משמעותית של מידע למעשה בוצע רק ב-2012, עם הבשלת הטכנולוגיה.

אחסון מידע ב DNA הוא תחום פורץ דרך שמשתמש במולקולות ה-DNA כדי לאחסן נתונים דיגיטליים באופן קומפקטי ועמיד לאורך זמן. הרעיון מבוסס על כך שניתן לקודד כל מידע, שבדרך כלל מיוצג במחשבים בצורה בינארית (‘0’ ו-‘1’) לכדי רצפי DNA אשר מורכבים מארבעה בסיסים חנקניים (A, C, G, T). על בסיס הרצפים המקודדים האלו, ניתן לסנטז מולקולות DNA סינטטיות (oligonucleotides), אשר בעת הצורך אפשר לרצף ולפענח וכך לקרוא את המידע. הקידוד והאלגוריתמים לפענוח המידע מוסיפים יתירות מסויימת אשר מבטיחה כי המידע ייקרא באופן שלם גם בהינתן שגיאות במהלך ייצור, אחסון, וקריאת ה-DNA.

היתרונות של אחסון מידע ב-DNA  בולטים: צפיפות אחסון עצומה ועמידות המידע לטווח ארוך. הפועל היוצא- חיסכון אנרגטי.

החזון של עומר ואיתן, הוא לתת פתרון לארכיונים של מידע, בעלות אנרגטית נמוכה משמעותית. חברות כמו  BioMemory  ו- Twist Bioscience  כבר מפתחות מערכות מבוססות DNA לאחסון מידע, והתחום צפוי להתקדם משמעותית בעשורים הקרובים ,אך הטכנולוגיה עוד לא הבשילה לכדי מוצר בשוק.

איך זה עובד?

קידוד הנתונים – מידע דיגיטלי (קובץ, תמונה, טקסט) מומר לרצפים של  A, T, C, G.

סינתזה של DNA  – מייצרים כימית את הרצפים במעבדה בהתאם לקוד.

אחסון פיזי  – ה DNA נשמר בתוך מבחנה או בתנאים יבשים וקרירים.

שליפה ושחזור – כשצריך לגשת למידע, עושים ריצוף (קריאה) של ה-DNA- ממירים חזרה לקובץ דיגיטלי, ומשחזרים את הנתונים.

האתגרים הפתוחים שנשאר לפתור עבור בנייה של כונני אחסון מבוססי DNA כוללים את צוואר הבקבוק של סינתזת ה-DNA, אשר מזוהה כיום כחסם עקב העלות הגבוהה של התהליך יחסית לפתרונות אחסון אחרים בשוק. חסם נוסף הוא טיפול בשגיאות בקריאה ובכתיבה עקב מוטציות טבעיות ושגיאות הסרה והוספה (Insertion/Deletion). הפתרון במקרה זה הוא הטמעת מנגנונים לתיקון שגיאות כבר בעת קידוד המידע. הרבה מאתגרי הקידוד, אחזור המידע ותיקון השגיאות נפתרו במסגרת עבודת הדוקטורט של עומר.

הידיעה נכתבה בעקבות ראיון עם עומר צברי.

 

תיאור סכמטי של מערכת אחסון מידע מבוססת DNA:

תרשים מאת איתן יעקובי ואנדראס לנץ.

רוצה לדעת עוד?

תקנון האתר

1.כללי
אתר NatureCode, בכתובת www.naturecode.co.il  נועד להציג מידע, תכנים ושירותים בתחום החדשנות בהשראת הטבע, וכן מידע על קורסים, הרצאות, סדנאות, מוצרים ושירותים נוספים.
השימוש באתר כפוף לתנאי תקנון זה. המשך השימוש באתר מהווה הסכמה לתנאים אלה.
הוראות תקנון זה עשויות להשתנות מעת לעת, בהתאם לשינויים באתר, בשירותים המוצעים או בדרישות הדין.

2. האתר והשירותים

המידע והתכנים המוצגים באתר נועדו למידע ולהשראה. אנו רשאים לעדכן, לשנות, להוסיף או להסיר תכנים, שירותים ומוצרים המוצגים באתר מעת לעת.

הרכישה של קורסים, מוצרים ושירותים מתבצעת באמצעות אתר הקורסים של NatureCode, בכתובת courses.naturecode.co.il בהתאם לתנאים המוצגים בעת הרכישה.

3. חשבון משתמש וקורסים

הרישום לקורסים עשוי להיות כרוך ביצירת חשבון משתמש באתר הקורסים.

פרטי הגישה לחשבון הם אישיים ואין להעבירם לאחרים. תכני הקורסים מיועדים לשימושו האישי של המשתמש שרכש או קיבל גישה אליהם, ואין להעתיק, להפיץ, למסור לאחרים או לעשות בהם שימוש מסחרי ללא אישור מראש ובכתב, אלא אם השימוש מותר לפי דין.

משך הגישה לקורס ותנאים נוספים הנוגעים לקורס ייקבעו בהתאם למידע המוצג בעת ההרשמה או הרכישה.

4. קניין רוחני

כל זכויות הקניין הרוחני בתכנים המופיעים באתר ובתכנים שפותחו על ידי NatureCode, לרבות טקסטים, מצגות, סרטונים, תמונות, גרפיקות, חומרי לימוד, שיטות ותכנים מקצועיים, שמורות ל־NatureCode  או לבעלי הזכויות בהם.

אין להעתיק, לשכפל, להפיץ, לפרסם, למכור, להעביר או לעשות שימוש מסחרי בתכנים אלה ללא אישור מראש ובכתב, למעט שימוש המותר על פי דין.

5. רכישות ותשלומים

רכישת מוצרים, קורסים ושירותים מתבצעת באתר הקורסים.

התשלום מתבצע באמצעות ספק סליקה חיצוני, Telepay מבית Telerom, בהתאם לאמצעי התשלום המוצגים בעת הרכישה.

מחיר המוצר או השירות, תנאי התשלום, אופן האספקה וכל תנאי מסחרי נוסף יוצגו במסגרת תהליך הרכישה.

6. ביטול עסקה והחזר כספי

ביטול עסקה ייעשה בהתאם להוראות חוק הגנת הצרכן, התשמ"א–1981, והדינים החלים על סוג העסקה, המוצר או השירות שנרכשו. בעסקאות מכר מרחוק החוק קובע הוראות מיוחדות לעניין גילוי פרטי העסקה וזכות הביטול. בקשה לביטול ניתן לשלוח לכתובת:
yael@naturecode.co.il

בעת פנייה לביטול מומלץ לציין שם מלא, כתובת דוא"ל ופרטי העסקה.

ככל שנקבעו תנאים נוספים או זכויות ביטול מיוחדות למוצר או לשירות מסוים, הם יוצגו בעת הרכישה ויחולו לצד הוראות הדין.

בכל מקרה של סתירה בין הוראה בתקנון זה לבין הוראת דין שלא ניתן להתנות עליה, תגבר הוראת הדין.

7. מוצרים ומשלוחים

מוצרים פיזיים יסופקו בהתאם לאופן המשלוח ולזמני האספקה המוצגים בעת הרכישה.

פרטי המוצר, המחיר, עלות המשלוח, ככל שישנה, ואופן האספקה יוצגו במסגרת תהליך הרכישה.

8. קישורים לאתרים אחרים

האתר עשוי לכלול קישורים לאתרים ולשירותים של צדדים שלישיים. הקישורים נועדו לנוחות המשתמש, ואין לנו שליטה על התכנים, השירותים או מדיניות הפרטיות של אתרים אלה.

השימוש באתרים של צדדים שלישיים כפוף לתנאים ולמדיניות שלהם.

9. שימוש באתר

המשתמש מתחייב לעשות שימוש באתר ובשירותים בהתאם להוראות הדין ולא לעשות שימוש העלול לפגוע באתר, במערכותיו, במשתמשים אחרים או בזכויותיהם של אחרים.

אנו רשאים להגביל או להפסיק גישה לאתר או לשירותים במקרה של שימוש המנוגד לתקנון או לדין.

10. פרטיות

השימוש במידע אישי במסגרת האתר והאתרים הקשורים אליו מוסדר במסגרת מדיניות הפרטיות של NatureCode.
מדיניות הפרטיות זמינה כאן: קישור למדיניות הפרטיות.

11. זמינות האתר

אנו עושים מאמצים לשמור על פעילות תקינה ורציפה של האתר, אך ייתכנו הפסקות זמניות, תקלות או מגבלות הנובעות מתחזוקה, תקלות טכניות או נסיבות שאינן בשליטתנו.

12.  שינויים בתקנון

אנו רשאים לעדכן את התקנון מעת לעת. התקנון המעודכן יפורסם באתר ויישא את תאריך העדכון האחרון.

13. הדין החל

על תקנון זה ועל השימוש באתר יחולו דיני מדינת ישראל.

14. יצירת קשר

לשאלות, פניות או דיווח על תקלות ניתן לפנות לדוא"ל: yael@naturecode.co.il