A breakthrough study takes significant step forward in the quest to develop a DNA-based storage system for digital data.
ڈیجیٹل اعداد و شمار is growing at an exponential rate today because of our dependency on gadgets and it requires robust long-term storage. Data storage is slowly becoming challenging because current digital technology is not able to provide a solution. An example being that more digital data has been created in the past two years than in all of history of کمپیوٹر, in fact 2.5 quintillion byte {1 quintillion byte = 2,500,000 Terabytes (TB) = 2,500,000,000 Gigabytes (GB)} of data is being created every day in the world. This includes data on social networking sites, online banking transactions, records of companies and organization, data from satellites, surveillance, research, development etc. This data is huge and unstructured. Therefore, it is now a big challenge to tackle huge storage requirements for data and its exponential growth, especially for organizations and corporations who require robust long-term storage.
فی الحال دستیاب آپشنز ہارڈ ڈسک، آپٹیکل ڈسک (سی ڈیز)، میموری اسٹکس، فلیش ڈرائیوز، اور زیادہ جدید ٹیپس ڈرائیو یا آپٹیکل بلو رے ڈسکس ہیں جو تقریباً 10 ٹیرا بائٹس (ٹی بی) تک ڈیٹا کو محفوظ کرتے ہیں۔ اس طرح کے سٹوریج کے آلات اگرچہ عام طور پر استعمال ہوتے ہیں ان کے بہت سے نقصانات ہیں۔ سب سے پہلے، ان کی کم سے درمیانی شیلف لائف ہوتی ہے اور انہیں کئی دہائیوں تک رہنے کے قابل ہونے کے لیے مثالی درجہ حرارت اور نمی کے حالات میں ذخیرہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے اور اس طرح خاص طور پر ڈیزائن کی گئی جسمانی اسٹوریج کی جگہوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ ان میں سے تقریباً سبھی بہت زیادہ طاقت استعمال کرتے ہیں، بھاری اور ناقابل عمل ہیں اور ایک سادہ موسم میں نقصان پہنچا سکتے ہیں۔ ان میں سے کچھ بہت مہنگے ہیں، اکثر ڈیٹا کی خرابی سے دوچار ہوتے ہیں اور اس طرح کافی مضبوط نہیں ہوتے۔ ایک ایسا اختیار جسے تنظیم نے عالمی طور پر قبول کیا ہے اسے کلاؤڈ کمپیوٹنگ کہا جاتا ہے - ایک ایسا انتظام جس میں کمپنی بنیادی طور پر اپنی تمام IT اور ڈیٹا اسٹوریج کی ضروریات کو سنبھالنے کے لیے ایک "باہر" سرور کی خدمات حاصل کرتی ہے، جسے "کلاؤڈ" کہا جاتا ہے۔ کلاؤڈ کمپیوٹنگ کے بنیادی نقصانات میں سے ایک سیکورٹی اور رازداری کے مسائل اور ہیکرز کے حملے کا خطرہ ہیں۔ اس کے علاوہ دیگر مسائل بھی ہیں جیسے کہ زیادہ لاگت، والدین کی تنظیم کا محدود کنٹرول اور پلیٹ فارم پر انحصار۔ کلاؤڈ کمپیوٹنگ کو اب بھی طویل مدتی اسٹوریج کے لیے ایک اچھا متبادل سمجھا جاتا ہے۔ تاہم، ایسا لگتا ہے کہ دنیا بھر میں پیدا ہونے والی ڈیجیٹل معلومات یقینی طور پر اس کو ذخیرہ کرنے کی ہماری صلاحیت کو پیچھے چھوڑ رہی ہے اور اس ڈیٹا ڈیلیج کو پورا کرنے کے لیے اور بھی زیادہ مضبوط حل درکار ہیں جبکہ مستقبل کی اسٹوریج کی ضروریات کو بھی مدنظر رکھتے ہوئے اسکیل ایبلٹی فراہم کرتے ہیں۔
کیا ڈی این اے کمپیوٹر اسٹوریج میں مدد کرسکتا ہے؟
ہماری DNA (Deoxyribonucleic acid) is being considered as an exciting alternative medium for digital data storage. DNA is the self-replicating material present in nearly all living organisms and is what constitutes our genetic information. An artificial or synthetic DNA is a durable material which can be made using commercially available oligonucleotide synthesis machines. The primary benefit of DNA is its longevity as a DNA lasts 1000 times longer than silicon (silicon-chip – the material used for building کمپیوٹر)۔ حیرت انگیز طور پر، صرف ایک کیوبک ملی میٹر DNA can hold a quintillion of bytes of data! DNA is also an ultracompact material which never degrades and can be stored in a cool, dry place for hundreds of centuries. The idea of using DNA for storage has been around for a long time way back to 1994. The main reason is the similar fashion in which information is being stored in a computer and in our DNA – since both store the blueprints of information. A computer stores all data as 0s and 1s and DNA stores all data of a living organism using the four bases – thymine (T), guanine (G), adenine (A) and cytosine (C). Therefore, DNA could be called a standard storage device, just like a computer, if these bases can be represented as 0s (bases A and C) and 1s (bases T and G). DNA is tough and long-lasting, the simplest reflection being that our genetic code – the blueprint of all our information stored in DNA – is efficiently transmitted from one generation to next in a repeated manner. All software and hardware giants are keen on using synthetic DNA for storing vast amounts to achieve their goal of solving long-term archival of data. The idea is to first convert the computer code 0s and 1s into the DNA code (A, C, T, G), the converted DNA code is then used to produce synthetic strands of DNA which can then be put into cold storage. Whenever required, DNA strands can be removed from cold storage and their information decoded using DNA sequencing machine and DNA sequence is finally translated back to binary computer format of 1s and 0s to be read on the computer.
یہ دکھایا گیا ہے۔1 that just a few grams of DNA can store quintillion byte of data and keep it intact for up to 2000 years. However, this simple understanding has faced some challenges. Firstly, it is quite expensive and also painfully slow to write data to DNA i.e. the actual conversion of 0s and 1s to the DNA bases (A, T, C, G). Secondly, once the data is “written” onto the DNA, it is challenging to find and retrieve files and requires a technique called DNA sequencing – process of determining the precise order of bases within a DNA molecule -after which the data is decoded back to 0s and 1s.
ایک حالیہ مطالعہ2 مائیکروسافٹ ریسرچ اور یونیورسٹی آف واشنگٹن کے سائنسدانوں نے ڈی این اے اسٹوریج پر "بے ترتیب رسائی" حاصل کر لی ہے۔ "بے ترتیب رسائی" کا پہلو بہت اہم ہے کیونکہ اس کا مطلب ہے کہ معلومات کو اس جگہ یا اس سے منتقل کیا جا سکتا ہے (عام طور پر ایک میموری) جس میں ہر مقام، اس بات سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ جہاں بھی ترتیب میں ہے اور براہ راست رسائی کی جا سکتی ہے۔ بے ترتیب رسائی کی اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے، فائلوں کو ڈی این اے اسٹوریج سے منتخب طریقے سے حاصل کیا جا سکتا ہے جیسا کہ پہلے کے مقابلے میں، جب اس طرح کی بازیافت کے لیے مطلوبہ چند فائلوں کو تلاش کرنے اور نکالنے کے لیے پورے ڈی این اے ڈیٹاسیٹ کو ترتیب دینے اور ڈی کوڈ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ "بے ترتیب رسائی" کی اہمیت اس وقت مزید بڑھ جاتی ہے جب ڈیٹا کی مقدار بڑھ جاتی ہے اور بہت زیادہ ہو جاتی ہے کیونکہ یہ ترتیب کی مقدار کو کم کر دیتی ہے جسے کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ پہلی بار ہے کہ اتنے بڑے پیمانے پر بے ترتیب رسائی دکھائی گئی ہے۔ محققین نے ڈیٹا کو زیادہ موثر طریقے سے ڈی کوڈنگ اور بحال کرنے کے لیے ایک الگورتھم بھی تیار کیا ہے جس میں ڈیٹا کی غلطیوں کو زیادہ رواداری کے ساتھ ترتیب دینے کے طریقہ کار کو بھی تیز تر بنایا جاتا ہے۔ اس تحقیق میں 13 ملین سے زیادہ مصنوعی DNA oligonucleotides کو انکوڈ کیا گیا تھا جو 200MB سائز کا ڈیٹا تھا جس میں 35 فائلیں (ویڈیو، آڈیو، تصاویر اور متن پر مشتمل تھیں) جس کا سائز 29KB سے 44MB تک تھا۔ یہ فائلیں بغیر کسی غلطی کے انفرادی طور پر بازیافت کی گئیں۔ نیز، مصنفین نے نئے الگورتھم وضع کیے ہیں جو ڈی این اے کی ترتیب کو لکھنے اور پڑھنے میں زیادہ مضبوط اور غلطی کو برداشت کرنے والے ہیں۔ یہ مطالعہ شائع ہوا فطری حیاتیات ڈی این اے اسٹوریج اور بازیافت کے لیے ایک قابل عمل، بڑے پیمانے پر نظام کو ظاہر کرنے والی ایک بڑی پیشرفت میں۔
DNA storage system looks very appealing because it is having high data density, high stability and is easy to store but it obviously has many challenges before it can be universally adopted. Few factors are time and labour-intensive decoding of the DNA (the sequencing) and also synthesis of DNA. The technique requires more accuracy and broader coverage. Even though advances have been made in this area the exact format in which data will be stored in the long-term as DNA is still evolving. Microsoft has vowed to improve production of synthetic DNA and address the challenges to design a fully operational DNA 2020 تک اسٹوریج سسٹم۔
***
{آپ اصل تحقیقی مقالے کو ذیل میں دیے گئے DOI لنک پر کلک کر کے پڑھ سکتے ہیں جو حوالہ دیئے گئے ماخذ کی فہرست میں ہے}
ذرائع)
1. Erlich Y اور Zielinski D 2017. DNA فاؤنٹین ایک مضبوط اور موثر اسٹوریج آرکیٹیکچر کو قابل بناتا ہے۔ سائنس 355(6328)۔ https://doi.org/10.1126/science.aaj2038
2. Organick L et al. 2018. بڑے پیمانے پر DNA ڈیٹا اسٹوریج میں بے ترتیب رسائی۔ نیچر بائیو ٹیکنالوجی۔ 36. https://doi.org/10.1038/nbt.4079
