ابوالفضل کریمی: با استفاده از پروتئین‌های فلوئورسنت تغییریافته ژنتیکی می‌توان اطلاعات را با چگالی‌های فوق‌العاده زیادی ذخیره کرد.
به گزارش تکنولوژی ریویو، ویرژیل آدام از دانشگاه کاتولیک لیوون در بلژیک و همکارانش توانسته‌اند تعریف جدیدی از ذخیره‌یازی هولوگرافی اطلاعات ( ذخیره اطلاعات به‌صورت 3بعدی) ارایه دهند. آن‌ها یک کریستال شیمیایی خالص با قابلیت خوانده شدن تولید کرده‌اند که با استفاده از نور می‌توان حداقل دو حالت مجزا در آن تولید کرد.
با جاسازی آرایه‌‌ای از لیزرها که تعداد آن‌ها باید حداقل دو عدد باشد، این کریستال می‌تواند از لحاظ تئوری به محدودیت چگالی اطلاعات در رسانه‌های ذخیره‌سازی برسد و هر بیت از اطلاعات را با یک مولکول مجزا نمایش دهد.
در تازه‌ترین تحقیقات آدام و گروهش، آن‌ها توانسته‌اند یک قدم به تحقق این رویا در محیط آزمایشگاهی نزدیک شوند. این گروه تحقیقاتی نه‌تنها توانسته‌اند اطلاعات را روی پروتئین‌های فلوئورسنت کدگذاری کنند، بلکه ثابت کرده‌اند که حداقل یکی از این پروتئین‌ها به نام IrisFP قابلیت ذخیره اطلاعات را در 4 حالت مجزا دارد. این در حالی است که بیت‌ها در شیوه قدیمی فقط قادر به ذخیره اطلاعات در دو حالت یعنی روشن و خاموش (متناظر با 0 و 1) بودند.
محاسبات باینری در پروتئین‌ها
شناختن لایه‌ای که این محققان برای ذخیره‌سازی اطلاعات پیشنهاد داده‌اند، به فهم بهتر این روش کمک می‌کند. در دیسک‌های نوری قدیمی مانند دی.وی.دی یا سی.دی، بیت‌ها به شکل حفره‌ها یا برآمدگی‌های فیزیکی میکروسکوپی ذخیره می‌شوند که هر کدام از آن‌ها نمایانگر 0 یا 1 هستند.
اما در یک سیستم متشکل از پروتئین‌های فلوئورسنت، دانشمندان از این واقعیت بهره جسته‌اند که این پروتئین‌ها بسته به پیکربندی فیزیکشان در هنگام برخورد یک پرتوی لیزری، یا در حالت فلوئورسنت هستند یا نیستند. از سوی دیگر بعضی از این پروتئین‌ها با نور، روشن و خاموش می‌شوند. روشن حالتی است که نور فلوئورسنت آن‌ها با یک طول‌موج خاص قابل خواندن است و خاموش، حالتی است که نور فلوئورسنت آن‌ها بسیار کم یا کاملا غیرقابل تشخیص است.
در این مطالعات، آدام با تعدادی از پروتئین‌های فلوئورسنت هم روی سطوح دو بعدی (مشابه با رسانه‌های ذخیره سازی دیسکی) و هم روی کریستال‌های سه بعدی آزمایش کرد. رشد دادن پروتئین‌های در یک کریستال خالص شیمیایی مدت زمان زیادی است که توسط دانشمندان دنبال می‌شود. در حقیقت محققان امیدوارند با تاباندن اشعه‌های ایکس به یک کریستال پروتئینی به ساختار سه بعدی یک پروتئین پی ببرند. این تکینک قبلا هم برای شناسایی ساختار دی.ان.ای مورد استفاده قرار گرفته است.
زمانی که تعداد زیادی از پروتئین‌ها در حالت کریستالی و متبلور هستند، نشان دادن یک بیت در کریستال با دشواری‌های بیش‌تری همراه است. یک لیزر باید در داخل کریستال طوری تابانده شود که هیچ یک از پروتئین‌هایی که بین لیزر و پروتئین مقصد قرار دارند، توسط نور لیزر روشن نشده یا تغییر حالت ندهند.
ریزبینی 2فوتونی
این مشکل با به‌کارگیری یک نوآوری دیگر در علوم بیولوژیک به نام ریزبینی دو فوتونی حل شده است. این روش به این صورت است که دو پرتو لیزر در یک زاویه مشخص به یکدیگر برخورد کرده و هر دو، فوتونی را آزاد می‌کنند که به تنهایی انرژی کافی برای تحریک یک پروتئین را ندارد.
به این ترتیب دو پرتوی لیزر را طوری هدف‌گیری می‌کنند که در محل مورد نظر که در اینجا یک بیت خاص است، به یکدیگر برخورد کنند. با این روش دو فوتون از دو لیزر مختلف در یک زمان به پروتئین مورد نظر برخورد کرده و آن را روشن می‌کنند.
این بدان معناست که دو فوتون تمام مسیر را در داخل کریستال بدون تاثیرگذاری روی پروتئین‌های دیگر طی کرده و در نهایت در یک نقطه مشخص به یکدیگر برخورد می‌کنند. با این روش می‌توان آدرس‌دهی انتخابی در فضای سه بعدی را محقق کرد.
پروتئین IrisFP هم یکی از پروتئین‌های سه بعدی است که می‌تواند با روش ریزبینی دو فوتونی، آن را آدرس‌دهی کرد. علاوه بر آن، این پروتئین نه فقط دو حالت بلکه دارای چهار حالت مجزای سبز روشن و خاموش و قرمز روشن و خاموش است. تغییر حالت از سبز به قرمز قابل بازگشت نیست، این بدان معناست که اطلاعات ذخیر شده در این پروتئین یک بار نوشته شده و بی‌نهایت بار خوانده می‌شود. اما در حالت‌های سبز یا قرمز، تغییر حالت کاملا قابل بازگشت است.
کریستال‌های رشد داده شده در این تحقیقات در کوچک‌ترین ابعاد خود نزدیک به 100 میکرومتر پهنا داشتند که به زحمت به ضخامت موی انسان می‌رسد. البته هنوز متمرکز کردن لیزر به طور دقیق در این ساختار کوچک برای آدرس‌دهی به یک پروتئین خاص امکان‌پذیر نشده، اما اگر یک پروتئین از طول‌موج پرتوهای لیزر کوچک‌تر باشد، این کار از لحاظ فیزیکی غیر ممکن است.
بدون شک، در آینده ما از رسانه‌های ذخیره‌سازی دیسکی به رسانه‌های ذخیره‌سازی هولوگرافی پلیمری (3D) حرکت می‌کنیم و استفاده از پروتئین‌های فلوئورسنت درشبکه‌های 3بعدی، ما را در تحقق این امر یاری خواهند کرد.
نظر شما