• ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • Sci-fi
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • คณิตศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • ประวัติศาสตร์
    • ปรัชญา
No Result
View All Result
The Principia
  • ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • Sci-fi
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • คณิตศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • ประวัติศาสตร์
    • ปรัชญา
No Result
View All Result
No Result
View All Result
The Principia

เก็บข้อมูลดิจิทัลได้มหาศาล ผ่านสารชีวโมเลกุลเล็กจิ๋ว

Tanakrit SrivilasbyTanakrit Srivilas
04/10/2022
in Computing, Engineering, Genetics, Molecular Biology
A A
0
Share on FacebookShare on Twitter

Hilight

  • คาดว่าในอนาคต ปริมาณการเก็บข้อมูลดิจิทัลจะมีมากถึง 175 เซตตะไบต์ ภายในปี ค.ศ. 2025 ซึ่งทรัพยากรที่มีอยู่ในปัจจุบันอาจไม่เพียงพอ
  • ดีเอ็นเอ เป็นสารชีวโมเลกุลที่เก็บรวบรวมข้อมูลชีวภาพไว้ได้มากมาย นักวิจัยจึงประยุกต์ใช้ความสามารถนี้ของดีเอ็นเอในการเก็บข้อมูลดิจิทัล
  • ข้อดีของการเก็บข้อมูลดิจิทัลในดีเอ็นเอคือ สามารถเก็บข้อมูลได้เยอะ และใช้พื้นที่ในการจัดเก็บน้อยมาก แต่ข้อจำกัดของการเก็บข้อมูลดิจิทัลในดีเอ็นเอคือ มีค่าใช้จ่ายที่สูงมาก
“ดีเอ็นเอ” สารพันธุกรรมที่สำคัญที่สุดในร่างกาย ที่บรรจุเต็มไปด้วยข้อมูลทางชีวภาพ
ที่มา Anusorn Nakdee

ร่างกายของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ทั้งแบคทีเรียตัวเล็กจิ๋ว ต้นไม้น้อยใหญ่ สรรพสัตว์ทั้งหลาย แม้กระทั่งมนุษย์ มีข้อมูลทางชีวภาพมากมายหลายอย่างที่ถูกเก็บสะสมเอาไว้ในรูปแบบของสารพันธุกรรมขนาดจิ๋วที่เรียกว่า “ดีเอ็นเอ” ซึ่งเราอาจมองมันไม่เห็นด้วยตาเปล่า เพราะด้วยขนาดที่เล็กมาก แต่ถึงจะเล็กแค่ไหน มันกลับเก็บข้อมูลทางชีวภาพได้มหาศาล ทำให้พวกเราทุกคน และสิ่งมีชีวิตทุกตัว มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง โดยดีเอ็นเอเป็นสิ่งที่สำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิต แต่เรามักไม่ค่อยได้ยินถึงการใช้ประโยชน์ของดีเอ็นเอในสิ่งที่ไม่มีชีวิตอย่าง คอมพิวเตอร์ และโลกอินเทอร์เน็ต

ในทุกวันนี้ ผู้คนทั่วโลกที่เข้าถึงอินเทอร์เน็ต ต่างนำข้อมูลเข้าสู่ระบบจำนวนมาก ทั้งรูปภาพ วิดีโอ เพลง อีเมล ข้อความ หรือสเตตัสบนสื่อโซเชียลต่าง ๆ นั้นรวมกันแล้วมีปริมาณข้อมูลเข้าสู่ระบบถึงวันละ 2.5 ล้านกิกะไบต์ และดูเหมือนมันจะยิ่งมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยบริษัทซีเกต เทคโนโลยี บริษัทผู้ผลิตเทคโนโลยีจัดเก็บข้อมูลรายใหญ่ของโลกประเมินไว้ว่า ในปี ค.ศ. 2025 ข้อมูลทั้งหมดในโลกรวมกัน อาจมีได้มากถึง 175 เซตตะไบต์ หรือเรียกง่าย ๆ ว่า 175 ล้านล้านกิกะไบต์ ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลถึงทรัพยากรในการจัดเก็บข้อมูลที่จะต้องเพิ่มมากขึ้น การพัฒนาเทคโนโลยีที่จะรองรับปัญหานี้จึงดูเหมือนเป็นเรื่องจำเป็น แต่ว่าคุณเริ่มเข้าใจกันหรือยังว่า สารพันธุกรรมอย่างดีเอ็นเอ จะนำมาใช้ประโยชน์กับแวดวงเทคโนโลยีดิจิทัลอย่างคอมพิวเตอร์ และอินเทอร์เน็ตได้อย่างไร… ใช่ครับ แทนที่จะใช้มันเก็บข้อมูลชีวภาพ เรากำลังจะใช้ดีเอ็นเอเก็บข้อมูลดิจิทัลด้วย

โครงสร้างสารพันธุกรรม

หน่วยพันธุกรรมที่ทำหน้าที่บรรจุ ควบคุม และถ่ายทอดข้อมูลลักษณะทางพันธุกรรมมากมายมหาศาลของสิ่งมีชีวิต หน่วยใหญ่ที่สุดเรียกว่า “โครโมโซม” พบได้ภายในนิวเคลียสของเซลล์สิ่งมีชีวิต ซึ่งมนุษย์เรามีโครโมโซมอยู่ด้วยกันทั้งหมด 46 แท่ง แบ่งเป็นโครโมโซมร่างกาย 22 คู่ และโครโมโซมเพศ 1 คู่ โดยในแต่ละโครโมโซมเกิดจากการขดตัวกันแน่นของเส้นใยที่เรียกว่า “โครมาติน” ซึ่งโครมาตินนี้มีส่วนประกอบเป็น “ดีเอ็นเอ” ที่มีสายยาวขดตัวกันแน่น และหน่วยที่เล็กกว่าดีเอ็นเอนั้น มีชื่อเรียกว่า “นิวคลีโอไทด์” เป็นหน่วยพันธุกรรมเล็กที่สุด เกิดจากการประกอบกันของโครงสร้างเคมีสามอย่าง ได้แก่ น้ำตาล ฟอสเฟต และเบส โดยความแตกต่างของแต่ละนิวคลีโอไทด์ซึ่งเป็นหน่วยย่อยของดีเอ็นเอนี้ ขึ้นอยู่กับเบสที่แตกต่างกัน 4 ชนิด คือ เบสอะดีนีน (Adenine, A), เบสไทมีน (Thymine, T), เบสไซโตซีน (Cytosine, C) และเบสกวานีน (Guanine, G) โดยดีเอ็นเอมีลักษณะเป็นเส้นสาย 2 สายจับคู่กันและบิดเป็นเกลียว เรียกว่า โครงสร้างเกลียวคู่ (Double helix) ให้คิดภาพตามเป็นบันไดวน ที่มีราวบันไดแทนเส้นสายตลอดความยาวของดีเอ็นเอ และมีขั้นบันไดแทนพันธะที่เชื่อมระหว่างดีเอ็นเอทั้งสองสายเข้าด้วยกัน พันธะที่เชื่อมระหว่างดีเอ็นเอนั้น เกิดจากการจับคู่กันของเบส A T C และ G โดยเบส A ของสายหนึ่ง จะจับคู่กับเบส T ของอีกสายหนึ่ง ส่วนเบส C ของสายหนึ่ง ก็จะจับคู่กับเบส G ของอีกสายหนึ่ง เรียกการจับคู่นี้ว่า เบสคู่สม

เมื่อเห็นภาพคร่าว ๆ ของโครงสร้างดีเอ็นเอ จะเห็นว่าบนสายของดีเอ็นเอนั้น มีเบสที่เรียงต่อกันมากมาย สลับกันไปด้วยรหัสเพียงสี่ตัว คือ A T C และ G คล้ายกับรหัสของคอมพิวเตอร์ที่ประกอบไปด้วยรหัสเพียงสองตัวคือ 0 กับ 1 เราจึงสามารถใช้ความใกล้เคียงนี้ ในการหาวิธีใช้ประโยชน์จากรหัสเบสบนดีเอ็นเอ ให้กลายเป็นรหัสดิจิทัลในรูปเลขฐานสอง เพื่อใช้งานในระบบคอมพิวเตอร์ได้ โดยที่การจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลในดีเอ็นเอ ช่วยลดการใช้พื้นที่เก็บข้อมูลได้อย่างมหาศาล

ดีเอ็นเอมีโครงสร้างเป็นเกลียวคู่ (Double helix) ลักษณะคล้ายกับบันไดวน ที่ประกอบไปด้วยหน่วยย่อยเรียกว่านิวคลีโอไทด์ ที่เรียงตัวกันเป็นสายยาวสองสายขนานกัน ทั้งสองสายเชื่อมกันด้วยพันธะระหว่างเบส 4 ชนิดคือ อะดีนีน ไทมีน ไซโตซีน กวานีน
ที่มา Soleil Nordic

แปลง “รหัสเบส” ให้เป็น “รหัสดิจิทัล”

วิธีการเปลี่ยนแปลงรหัสเบส จาก A T C และ G ให้กลายเป็นรหัสเลขฐานสอง ได้แก่ 0 และ 1 ง่ายนิดเดียว ยกตัวอย่างวิธีการง่าย ๆ เราอาจจะตั้งค่าให้เลข 1 แทนค่าด้วยคู่เบส A กับ T และตั้งค่าตัวเลข 0 แทนค่าด้วยคู่เบส C กับ G จากนั้นเราสามารถตั้งค่าการอ่านรหัสด้วยคอมพิวเตอร์ รวมถึงการออกแบบรหัสเบสบนดีเอ็นเอ และสังเคราะห์มันขึ้นมาได้ตามที่ต้องการ ด้วยเทคโนโลยีที่สามารถทำได้แล้วทั่วไปในปัจจุบัน ซึ่งโดยหลักการมันเป็นวิธีการผลิตที่ง่ายมาก แต่ให้ผลลัพธ์การจัดเก็บข้อมูลที่ทรงพลังมาก ข้อมูลที่นักวิจัยจากฮาวาร์ดได้รับการตีพิมพ์ลงวารสารวิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Science กล่าวว่า ตามทฤษฎีแล้วค่าความจุสูงสุดที่สามารถใส่ข้อมูลลงในดีเอ็นเอได้ อยู่ที่ 455 เอกซะไบต์ (4.55 แสนล้านกิกะไบต์) ต่อดีเอ็นเอเพียงหนึ่งกรัม นั่นเท่ากับว่า ดีเอ็นเอหนึ่งกรัมมีความจุมากกว่าภาพยนตร์และซีรี่ส์ทุกเรื่องในเน็ตฟลิกซ์รวมกันถึง 5,055 เท่า

พูดถึงภาพยนตร์ ในปี ค.ศ. 2017 มีตัวอย่างนักชีววิทยาอย่าง ดร.เซธ ชิปแมน ที่ตั้งใจจะเก็บไฟล์ภาพยนตร์ไว้ในดีเอ็นเอจริง ๆ โดยพวกเขาเลือกภาพยนตร์สั้น ที่มีเพียงแค่ห้าเฟรมชื่อว่า “แอนนี่ จี ควบม้า” (Annie G. galloping) จากปี 1887 ซึ่งเป็นภาพเคลื่อนไหวชุดแรก ๆ ในประวัติศาสตร์โลก นำใช้ในการทดลองครั้งนี้ โดยทีมนักวิจัยเลือกที่จะใส่ไฟล์ภาพยนตร์นี้ลงในหน่วยพันธุกรรมของแบคทีเรีย Escherichia coli. หรือ E. coli ด้วยวิธีการออกแบบลำดับดีเอ็นเอด้วยเทคนิค คริสเปอร์-แคสไนน์ (CRISPR-Cas9) และใส่ดีเอ็นเอที่ทำการออกแบบลงในเซลล์แบคทีเรีย โดยหนึ่งเฟรมใช้ดีเอ็นเอถึง 104 ชิ้นส่วน เพื่อระบุตำแหน่งและเฉดสีในแต่ละพิกเซล ซึ่งต้องใช้เวลาในการใส่ดีเอ็นเอลงในแบคทีเรียด้วยอัตราหนึ่งเฟรมต่อหนึ่งวัน รวมเวลาทั้งหมดห้าวัน แล้วทำการตรวจสอบดีเอ็นเอของแบคทีเรียที่ทำการทดลอง เพื่อเรียกคืนไฟล์ภาพยนตร์ที่ใส่ลงไป พบว่าไฟล์ที่ได้กลับมามีความสมบูรณ์เกือบคล้ายกับต้นฉบับ โดยมีตำแหน่งที่ผิดพลาดเล็กน้อย ซึ่งคาดว่ามาจากไวรัสที่อยู่ภายในตัวแบคทีเรีย โดยรวมแล้วผลการทดลองก็ออกมาเป็นที่น่าพึงพอใจ

ภาพเคลื่อนไหวชุด “แอนนี่ จี ควบม้า” (Annie G. Galloping) จำนวน 5 เฟรม ที่ถูกนำมาใช้ทดลอง
ซึ่งภาพซ้ายเป็นไฟล์ภาพที่ประมวลผลก่อนจะถูกแปลงไปเป็นไฟล์รหัสเบสบนดีเอ็นเอ
ส่วนภาพขวาเป็นไฟล์ภาพที่ประมวลผลมาหลังจากการตรวจสอบลำดับดีเอ็นเอที่ออกแบบไว้ จากแบคทีเรีย E. Coli ที่ใช้ในการทดลอง
พบว่ามีรายละเอียดบางจุดที่ไฟล์ภาพด้านขวาแตกต่างจากไฟล์ภาพต้นฉบับเพียงเล็กน้อย
ที่มา Seth Shipman

เหตุผลที่นักวิจัยในปัจจุบัน เลือกวิธีแก้ปัญหาปริมาณการจัดเก็บข้อมูลดิจิทัล ด้วยการใช้ดีเอ็นเอ เนื่องจากข้อดีหลายอย่างที่ดีเอ็นเอมีมากกว่าอุปกรณ์ในปัจจุบัน เช่น ดีเอ็นเอเป็นโครงสร้างทางเคมีที่มีความเสถียรอย่างมาก ในขณะที่เทปแม่เหล็ก ซึ่งเป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลดิจิทัลที่ใช้กันในปัจจุบัน มีอายุการใช้งานสูงสุดที่ 30 ปี แต่ดีเอ็นเอที่พบจากฟอสซิลอายุ 700,000 ปี ยังสามารถนำมาตรวจสอบลำดับดีเอ็นเอได้อยู่ นอกจากนี้ดีเอ็นเอยังสามารถเก็บรักษาได้ในขนาดที่เล็กมาก ด้วยความสามารถในการขดตัวแน่นเหมือนที่พบได้ในสิ่งมีชีวิต รวมถึงดีเอ็นเอยังมีเทคโนโลยีการสังเคราะห์และตรวจสอบลำดับเบสที่พร้อมรองรับในปัจจุบัน แต่มีข้อจำกัดอยู่ที่กระบวนการดังกล่าวมีค่าใช้จ่ายสูงมาก โดยในปัจจุบัน การเขียนข้อมูล 1 ล้านกิกะไบต์ ในรูปแบบของลำดับเบสบนดีเอ็นเอ มีค่าใช้จ่ายสูงถึง 33 ล้านล้านบาท การที่จะใช้งานดีเอ็นเอเพื่อเก็บข้อมูลดิจิทัลได้จริง จำเป็นต้องมีการพัฒนางานวิจัยและเทคโนโลยีด้านการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ เพื่อลดต้นทุนในจุดนี้ให้ได้เสียก่อน

ข้อจำกัดอีกข้อสำหรับการจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลด้วยรหัสเบสบนดีเอ็นเอคือ การคัดเลือกไฟล์ที่ต้องการออกจากดีเอ็นเอส่วนอื่น ๆ ยังไ่ม่ต่างกับการงมเข็มในมหาสมุทร ลองคิดภาพว่าเราเก็บไฟล์จำนวนมาก ทั้งรูปภาพ วิดีโอ เพลง หรือไฟล์อื่น ๆ ในดีเอ็นเอหลายแสนล้านกิกะไบต์ แต่เราต้องการเปิดหารูปที่มีขนาดเพียงแค่ 4 เมกะไบต์ หรือประมาณ 0.004 กิกะไบต์เท่านั้น ซึ่งวิธีการที่เราจะดึงข้อมูลที่ต้องการจากดีเอ็นเอต้นแบบ ต้องใช้กระบวนการที่เรียกว่า “พีซีอาร์” (Polymerase Chain Reaction, PCR) เพิ่มจำนวนดีเอ็นเอส่วนที่ต้องการ โดยใช้ RNA เส้นเล็ก ๆ ที่เรียกว่า “ไพรเมอร์” ซึ่งมีรหัสเบสเข้าคู่กับตำแหน่งที่ต้องการ จับสายดีเอ็นเอต้นแบบเพื่อกำหนดจุดเริ่มต้น และจุดจบ ของการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ขึ้นมา และใช้เอนไซม์ในการเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ ในเครื่องมือที่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้เป็นชั่วโมง เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการสังเคราะห์เเพิ่มจำนวนดีเอ็นเอแล้ว เราก็ต้องสกัดดีเอ็นเอที่เหลือที่ไม่ต้องการทิ้งไป (ใช่ครับ ข้อมูลหลายแสนล้านกิกะไบต์นั่นเอง) และนำดีเอ็นเอส่วนที่เราตามหามาอ่านข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์ จะเห็นว่ากระบวนการดังกล่าว ทำให้เราต้องสูญเสียทรัพยากรจำนวนมาก ทั้งเสียข้อมูลดีเอ็นเอปริมาณมหาศาล เสียค่าไฟการใช้เครื่องมือ เสียไพรเมอร์ เสียเอนไซม์ และยังเสียเวลาอย่างมากในการดึงไฟล์ข้อมูลออกมาใช้เพียงแค่ไม่กี่ไฟล์ เรียกได้ว่า นี่จึงเป็นจุดอ่อนของการเก็บสะสมข้อมูลในดีเอ็นเอในปัจจุบัน

งานวิจัย แก้ไขข้อจำกัด

ผลงานวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology, MIT) แก้ปัญหาเรื่องความยากของการค้นหาข้อมูลภายในดีเอ็นเอที่เก็บข้อมูลมหาศาล ด้วยการทดลองนำอนุภาคซิลิกาขนาดเล็กมาใช้บรรจุแต่ละไฟล์ที่ถูกเก็บไว้ในดีเอ็นเอ เพื่อแบ่งหมวดหมู่ของชุดข้อมูลไว้ในคนละอนุภาค แล้วหลังจากนั้นสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายสั้นที่ทำหน้าที่เป็นเหมือน “บาร์โค้ด” แปะไว้ที่ด้านนอกอนุภาคซิลิกาอีกที ซึ่งวิธีการอ่านบาร์โค้ดก็คือ ใช้ไพรเมอร์ที่มีสามารถจับคู่กับดีเอ็นเอบาร์โค้ดได้พอดีในการระบุตำแหน่งที่จัดเก็บข้อมูล โดยที่ไพรเมอร์เหล่านี้ต้องติดฉลากฟลูออเรสเซนต์หรืออนุภาคแม่เหล็กเอาไว้ เพื่อให้เราเห็นและระบุอนุภาคซิลิกาที่เก็บข้อมูลที่เราต้องการได้โดยง่าย แล้วนำออกมาได้โดยไม่ต้องสูญเสียดีเอ็นเอที่เก็บไฟล์ข้อมูลอื่น ๆ อยู่เลย ยกตัวอย่างให้เห็นภาพการทดลองนี้แบบง่าย ๆ หากเรามีไฟล์ภาพประมาณ 20 รูป แต่ละรูปถูกเก็บไว้ในเม็ดกลม ๆ ที่เรียกว่าอนุภาคซิลิกา โดยที่ด้านนอกของอนุภาคซิลิกานั้นมีบาร์โค้ดแปะอยู่ เมื่อสแกนบาร์โค้ดจะทำให้เรารู้ถึงสิ่งที่อยู่ข้างในอนุภาคซิลิกาว่าคืออะไร ซึ่งดีเอ็นเอที่ทำหน้าที่เป็นบาร์โค้ดด้านนอก อาจจะถูกอ่านเป็นรหัสได้ว่า “แมว” “ส้ม” “ป่า” เพื่อสื่อถึงภาพเสือ หรือถูกอ่านได้เป็นรหัสว่า “อเมริกา” “ประธานาธิบดี” “แรก” เพื่อสื่อถึงภาพของจอร์จ วอชิงตัน หลักการคล้ายกับการค้นหาข้อมูลในกูเกิล แต่งานวิจัยนี้ยังเป็นเพียงแค่จุดเริ่มต้นในการทดลองวิธีการแก้ปัญหา เรื่องการค้นหาไฟล์ภายในดีเอ็นเอ แต่ยังไม่สามารถหลุดพ้นจากปัญหาค่าใช้จ่ายได้ การทดลองในครั้งนี้จึงเป็นเพียงงานวิจัยในระดับเล็กเท่านั้น

นอกจากนี้ นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์อีกทีมหนึ่ง คิดวิธีการแก้ปัญหาเรื่องต้นทุนที่สูงมากของการจัดเก็บข้อมูลในดีเอ็นเอให้มีราคาต่ำลง โดยนักวิจัยได้ไอเดียมาจากการใช้คอมพิวเตอร์ในยุคเริ่มต้น ที่จะอัปโหลดข้อมูลเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ด้วย “บัตรเจาะรู” เทคโนโลยียุคแรกของคอมพิวเตอร์ ตั้งแต่สมัยสงครามโลกครั้งที่สอง ที่ถูกใช้ในการอัปโหลดข้อมูลเลขฐานสอง ที่ประกอบไปด้วยเลข 0 กับเลข 1 จากการอ่านค่าบนกระดาษว่ามีรูหรือไม่มีรู การประยุกต์ใช้กับดีเอ็นเอจึงใช้การสร้าง “นิกส์” (nicks) นั่นคือรูบนสายดีเอ็นเอ โดยที่ไม่จำเป็นต้องออกแบบ หรือสังเคราะห์ดีเอ็นเอเพิ่มเติมแบบวิธีเก่าเลย วิธีการใหม่นี้เริ่มต้นจาก ใช้เอนไซม์ทำลายพันธะที่เชื่อมระหว่างนิวคลีโอไทด์โมเลกุลหนึ่งกับนิวคลีโอไทด์อีกโมเลกุลหนึ่งบนดีเอ็นเอสายเดียวกัน เพื่อทำให้ “ราวบันได” ของบันไดเกลียวที่ชื่อดีเอ็นเอนี้แหว่งเป็นรูไป โดยให้คอมพิวเตอร์อ่านค่าตำแหน่งที่เป็นรูแทนด้วยเลข 1 และตำแหน่งที่ไม่มีรูแทนด้วยเลข 0 วิธีการสร้างนิกส์บนดีเอ็นเอแบบนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการออกแบบและสังเคราะห์รหัสเบสบนดีเอ็นเอเป็นอย่างมาก ทำให้การเก็บและการอ่านข้อมูลใช้ทรัพยาการที่น้อยลง แต่ข้อจำกัดของวิธีการใหม่นี้ก็คือ ปริมาณข้อมูลที่เก็บได้นั้นยังน้อยกว่าวิธีการเก็บข้อมูลบนรหัสเบสอย่างมาก และรูที่อยู่บนดีเอ็นเอยังทำให้เก็บรักษาดีเอ็นในขนาดที่เล็กได้ไม่เท่ากับวิธีการดั้งเดิม กลายเป็นปัญหาใหม่ที่นักวิจัยยังคงมองหาวิธีแก้กันอยู่

“บัตรเจาะรู” เทคโนโลยีสำหรับการอัปโหลดข้อมูลในคอมพิวเตอร์ยุคแรก แรงบันดาลใจในการออกแบบวิธีการเก็บข้อมูลในดีเอ็นเอ จากนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์
ที่มา Joseph Hood

หลังจากที่อ่านมาทั้งบทความ คุณคงคิดว่าไม่มีอะไรเก็บข้อมูลได้ดีกว่าดีเอ็นเออีกแล้วในตอนนี้ แต่ก็ยังมีนักวิจัยอีกกลุ่มหนึ่ง แก้ปัญหาค่าใช้จ่ายในการเก็บข้อมูลในดีเอ็นเอ ด้วยการไม่ใช้ดีเอ็นเอ เพราะนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบราวน์ (Brown University) ใช้สารเมตาบอไลต์ซึ่งเป็นสารเคมีที่ได้จากกระบวนการเมตาบอลิซึม ในการเก็บข้อมูลดิจิทัลแทน ซึ่งปริมาณการเก็บข้อมูลอาจเก็บได้ไม่มากมายเท่ากับดีเอ็นเอ แต่ขนาดในการจัดเก็บเมตาบอไลต์นั้นเล็กกว่าดีเอ็นเอ และมีความเสถียรกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปในปัจจุบันด้วย การจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลปริมาณไม่มากในสารโมเลกุล สารเมตาบอไลต์ก็เป็นทางเลือกที่ดี

อนาคตงานวิจัยในสารชีวโมเลกุล

ไม่ว่าจะเป็นสารพันธุกรรมอย่างดีเอ็นเอ หรือสารเคมีที่ได้จากกระบวนการเผาผลาญในร่างกายอย่างเมตาบอไลต์ต่าง ๆ ในปัจจุบันถูกวิจัยไปในแง่ของการแพทย์เป็นส่วนใหญ่ แต่ที่จริงแล้ว ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ทุกอย่างล้วนเชื่อมโยงกันได้หมด โมเลกุลเล็ก ๆ ในร่างกายสิ่งมีชีวิตก็สามารถเกี่ยวเนื่องกับเทคโนโลยีที่มนุษย์สร้างขึ้นอย่างคอมพิวเตอร์ได้ และในอนาคตอาจมีการเชื่อมโยงวิทยาศาสตร์ด้านอื่น ๆ ได้อีกในอนาคต ซึ่งจะเป็นด้านไหนคงเป็นเรื่องที่น่าสนใจไม่น้อยเลย

อ้างอิง

Could all your digital photos be stored as DNA?

DNA Data Storage: The Storage Medium of the Future

Next-Generation Digital Information Storage in DNA

Biologists unveil unusual film format: CRISPR

Random access DNA memory using Boolean search in an archival file storage system

CRISPR–Cas encoding of a digital movie into the genomes of a population of living bacteria

“Punch Card” DNA Could Mean Cheaper High-Capacity Data Storage

Molecular thumb drives: Researchers store digital images in metabolite molecules

Share this:

  • Share on Facebook (Opens in new window) Facebook
  • Share on X (Opens in new window) X
Tags: BiologyBiomoleculeBiotechnogyData StorageDNAGeneticsMetaboliteMolecular BiologyNucleic acidNucleotideResearchRNA
Tanakrit Srivilas

Tanakrit Srivilas

Jack of all trades, passionate about Biotechnology, Molecular genetics, Evolutionary biology, and Communication.

Related Posts

ร้อนแล้วไง? นักวิทย์จาก MIT คิดวิธีเปลี่ยนความร้อนจากคอมพิวเตอร์มาใช้ประโยชน์
Computing

ร้อนแล้วไง? นักวิทย์จาก MIT คิดวิธีเปลี่ยนความร้อนจากคอมพิวเตอร์มาใช้ประโยชน์

byPeeravut Boonsat
04/03/2026
ทฤษฎีพลิกวงการ : งานวิจัยใหม่ชี้ ‘ไพรเมต’ มาจากทวีปอเมริกาเหนือ
Biology

ทฤษฎีพลิกวงการ : งานวิจัยใหม่ชี้ ‘ไพรเมต’ มาจากทวีปอเมริกาเหนือ

byPeeravut Boonsat
16/09/2025
ข่าวใหญ่วงการแพทย์ : แพทย์สามารถปลูกถ่ายปอดหมูตัดต่อพันธุกรรมได้สำเร็จแล้ว
Anatomy

ข่าวใหญ่วงการแพทย์ : แพทย์สามารถปลูกถ่ายปอดหมูตัดต่อพันธุกรรมได้สำเร็จแล้ว

byPeeravut Boonsat
13/09/2025
ชีวิตแลกชีวิต ตับหมูที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมสามารถปลูกถ่ายในมนุษย์ได้สำเร็จ
Biology

ชีวิตแลกชีวิต ตับหมูที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมสามารถปลูกถ่ายในมนุษย์ได้สำเร็จ

byPeeravut Boonsat
13/09/2025

The Principia Fan Page

The Principia

ส่งเสริมสังคมสร้างสรรค์ ด้วยการสื่อสารวิทยาศาสตร์

© 2021 ThePrincipia. All rights reserved.

The Principia Media

About Us
Staff Members
Contact Us
theprincipia2021@gmail.com

Follow us

No Result
View All Result
  • ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • Sci-fi
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • คณิตศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • ประวัติศาสตร์
    • ปรัชญา