DNA มักถูกมองว่าเป็นสารพันธุกรรมที่กำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิต แต่ในอีกมุมหนึ่ง DNA ยังเป็นสื่อเก็บข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูงและคงทนเป็นพิเศษ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกจึงเริ่มสำรวจความเป็นไปได้ที่จะใช้ DNA เป็น “คลังข้อมูลแห่งอนาคต” ของมนุษยชาติ

ภาพแสดงแนวคิดของ DNA Storage

ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด มีโมเลกุล DNA ที่ทำหน้าที่เก็บ “คำสั่งการทำงาน” ของร่างกายเอาไว้อย่างเป็นระบบ หลักการของ DNA นั้นใกล้เคียงกับการเก็บข้อมูลแบบดิจิทัลมากกว่าที่คิด เพียงแต่แทนที่จะใช้ตัวเลข 0 และ 1 DNA ใช้ตัวอักษรทางเคมีสี่ตัว ได้แก่ A T C และ G เรียงต่อกันเป็นลำดับยาว ซึ่งสามารถเข้ารหัสข้อมูลได้อย่างมหาศาลในพื้นที่ที่เล็กมาก

แนวคิดในการใช้ DNA เป็นสื่อเก็บข้อมูล หรือที่เรียกว่า DNA Storage เริ่มถูกพูดถึงจริงจังตั้งแต่ช่วงปลายศตวรรษที่ 20 หลังจากเทคโนโลยีการสังเคราะห์ DNA (DNA synthesis) และการอ่านลำดับยีน (sequencing) มีความแม่นยำสูงขึ้นและมีราคาที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง นักวิจัยจึงเริ่มทดลองเข้ารหัสไฟล์ดิจิทัลให้กลายเป็นลำดับ A–T–C–G สังเคราะห์ออกมาเป็นสาย DNA จริง และอ่านกลับเพื่อนำมาประมวลผลเป็นไฟล์เดิมอีกครั้ง

หนึ่งในตัวอย่างที่เป็นที่กล่าวถึงอย่างกว้างขวาง คือการนำภาพม้าวิ่งของ Eadweard Muybridge ซึ่งถือเป็นผลงานภาพเคลื่อนไหวสำคัญในประวัติศาสตร์ ไปเก็บไว้ใน DNA โดยนักวิจัยแปลงภาพทีละเฟรมเป็นรหัส DNA และฝังไว้ในสิ่งมีชีวิตระดับจุลชีพ ก่อนจะอ่านข้อมูลกลับออกมาได้สำเร็จ การทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่า DNA ไม่ได้ทำหน้าที่เพียงเก็บข้อมูลทางชีววิทยาเท่านั้น แต่ยังสามารถบันทึก “ข้อมูลดิจิทัล” ได้ด้วย

อย่างไรก็ตาม DNA Storage ยังมีข้อจำกัดสำคัญหลายประการ ในธรรมชาติ DNA สามารถเกิดการกลายพันธุ์ (mutation) ได้ ทำให้ข้อมูลเพี้ยนไป จำเป็นต้องมีระบบแก้ไขข้อผิดพลาดที่ซับซ้อน ขณะเดียวกันกระบวนการในเซลล์อย่าง transcription และ translation ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรองรับข้อมูลดิจิทัล จึงอาจสร้างสัญญาณรบกวนต่อการเก็บข้อมูล นอกจากนี้ การอ่านข้อมูลผ่านกระบวนการ sequencing ยังใช้เวลานานและมีต้นทุนสูง เมื่อเทียบกับการเปิดไฟล์จากอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทั่วไป

เครื่อง DNA Sequencing ที่ปัจจุบันยังมีราคาสูงและขนาดใหญ่

แม้จะมีความท้าทาย แต่ DNA Storage ก็มีศักยภาพที่โดดเด่นอย่างยิ่ง ความหนาแน่นของข้อมูลสูงกว่าสื่อใด ๆ ที่มนุษย์มีอยู่ในปัจจุบัน สามารถคงสภาพได้ยาวนานหลายร้อยถึงหลายพันปีภายใต้สภาพแวดล้อมที่เหมาะสม และไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานตลอดเวลาเหมือนศูนย์ข้อมูล (data center) แบบปัจจุบัน จึงเหมาะต่อการเป็น “คลังเก็บถาวร” หรือ Cold Archive มากกว่าการใช้งานแบบเปิดข้อมูลทันที

การทำงานในห้องวิจัยยังคงต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญ

ด้วยเหตุนี้จึงเกิดงานวิจัยหลากหลายจากทั่วโลก ทั้งในมหาวิทยาลัยและภาคอุตสาหกรรม เพื่อพัฒนามาตรฐานการเข้ารหัส การแก้ไขข้อผิดพลาด และการผลิตในระดับใหญ่ ให้สามารถใช้งานได้จริงในอนาคต

นักบินอวกาศกำลังอ่านข้อมูลใน DNA บนสถานีอวกาศนานาชาติ

ในปี 2025 ยังมีอีกหนึ่งการทดลองที่น่าสนใจมากเกี่ยวกับ DNA Storage ที่ถูกส่งขึ้นไปทดสอบบนอวกาศ ภายใต้แนวคิดว่า DNA อาจเป็นสื่อเก็บข้อมูลที่ทั้งหนาแน่น ประหยัดพื้นที่ และคงทนต่อกาลเวลา การทดลอง Voyager DNA Decryption มุ่งศึกษาว่า ถ้าเราเอาข้อมูลที่เข้ารหัสฝังลงใน DNA แล้วนำขึ้นไปอยู่ในสภาพแวดล้อมของอวกาศ ข้อมูลนั้นจะยังถูกอ่าน ถอดรหัส และคงสภาพได้ดีแค่ไหน ผลลัพธ์จากงานนี้ไม่ได้มีความหมายเฉพาะต่อการสำรวจอวกาศลึกเท่านั้น แต่ยังชี้ทางไปสู่ระบบการเก็บและส่งข้อมูลแบบใหม่ ที่เหมาะกับสภาพแวดล้อมสุดขั้ว หรือพื้นที่ที่ติดตั้งโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลแบบเดิมไม่ได้ ทั้งหมดนี้ทำให้ DNA Storage ถูกมองว่าอาจเป็นหนึ่งในกุญแจสำคัญต่อการสร้างภารกิจอวกาศที่ยั่งยืนและพึ่งพาตัวเองได้มากขึ้นในอนาคต

ในประเทศไทยเอง ก็เริ่มมีความพยายามศึกษาแนวคิด DNA Storage ควบคู่กับงานด้านอวกาศและเทคโนโลยีผ่านงานศิลปะ เช่นโครงการ MESSE หรือ Molecular Encoded Storage for Spcae Exploration ที่ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศไปแล้วในปี 2020

แม้ในปัจจุบัน DNA Storage ยังไม่สามารถทดแทนระบบจัดเก็บข้อมูลทั้งหมดได้ แต่แนวคิดนี้กำลังทำให้นักวิทยาศาสตร์มองข้อมูล ชีววิทยา และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในมุมใหม่ หากการพัฒนาเดินหน้าต่อไปในทิศทางที่ถูกต้อง วันหนึ่งคลังความรู้ของมนุษยชาติอาจถูกเก็บรักษาไว้ไม่เพียงในเครื่องจักร แต่ในโมเลกุลเล็ก ๆ ที่ธรรมชาติสร้างขึ้นมาตั้งแต่แรกเริ่ม

เรียบเรียงโดย
โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์
Prince of Wales Hospital
Department of Orthopaedics & Traumatology
Faculty of Medicine, The Chinese University of Hong Kong

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

DNA Storage คืออะไร และทำไมอาจเป็นอนาคตของการเก็บข้อมูล