خط رند ۹۱۲: دو عضو هیات علمی شریف موفق به ثبت اختراع خود با عنوان کشف جهش ها بصورت نوری در یک رشته دی ان ای در دفتر ثبت اختراعات آمریکا USPTO به عنوان معتبرترین سیستم ثبت اختراع جهان شدند.
به گزارش خط رند ۹۱۲ به نقل از دانشگاه صنعتی شریف، سمیه کوهی دانشیار دانشکده مهندسی کامپیوتر و زهرا کاوه وش دانشیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف با همکاری احسان ملکی دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی کامپیوتر و حسین باباشاه دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق این دانشگاه، بعد از چهار سال تلاش و پژوهش موفق شدند اختراع خودرا در دفتر ثبت اختراعات و علایم تجاری آمریکا «USPTO» ثبت کنند.
دستاوردهای این اختراع برای کشور شامل کاهش زمان تشخیص بیماریهای ژنتیکی مانند ناهنجاری های جسمی و ناتوانی های ذهنی، سرطان، آلرژی ها، و بیماریهای سیستم عصبی (مانند ام اس و پارکینسون)، کاهش هزینه های بیماران برای آزمایش های ژنتیکی، کاهش زمان و هزینه مالی تحقیق و توسعه در حوزه علوم و مهندسی ژنتیک، کمک به ارتقاء مراکز تحقیقاتی و پزشکی کشور برای تبدیل شدن به یک قطب خواهد بود.
کوهی استاد دانشگاه صنعتی شریف درباره ی اهمیت و لزوم این پژوهش اظهار داشت: در زیست شناسی، رشته های دی ان ای شامل دستورالعمل های خاص برای تکثیر و تولید پروتئین های تعیین کننده عملکرد و توسعه بیولوژیکی تمام موجودات زنده هستند. هر دی ان ای شامل رشته ای طولانی از نوکلئوتیدهاست. جهش های ناخواسته در هر دی ان ای ممکنست دستورالعمل های رشته دی ان ای را مختل کند و موجب از دست رفتن ساختار پروتئینی یا تولید پروتئین های ناهنجار شود که به عنوان نمونه موجب تغییر در ظاهر فرد و یا مبتلاشدن فرد به بیماریهای ژنتیکی بسیار جدی مانند سرطان می شود. بدین سبب در بیوانفورماتیک، تشخیص و مکان یابی جهش ها در رشته دی ان ای برای تشخیص بیماریهای ژنتیکی و سپس درمان آن از اهمیت بالایی برخوردارست.
وی اضافه کرد: در این راستا، رشته دی ان ای کاندید با یک رشته دی ان ای مرجع سالم تطبیق داده می شود تا با تعیین شباهت و تفاوت بین دو رشته مکان دقیق جهش ها کشف شود. باتوجه به طویل بودن رشته های دی ان ای (بیش از سه میلیارد نوکلئوتید)، تطبیق دو رشته دی ان ای کاری بسیار طولانی و پیچیده است که با گسترش بیش از پیش حجم داده های ژنومی و توسعه دانش ژنتیک و پزشکی پیچیده تر و مستلزم پرداخت هزینه های گزاف شده است. همین طور انجام این کار با بهره گیری از پردازنده های الکتریکی که ماهیتی سریال دارند با چالش های مختلفی مانند پیچیدگی فراوان پردازش رشته های طولانی، زمان و توان مصرفی بسیار زیاد در تطبیق توالی ژنوم، نیاز به پردازنده قوی و حافظه ذخیره سازی زیاد و… روبرو هست. این در شرایطی است که برای درمان بیماری ژنتیکی، بایستی جهش ها در سریع ترین زمان ممکن کشف و مکان یابی شود.
این محقق افزود: راه حل چالش فوق را می توان در پردازش نوری به عنوان یک فناوری نوین جستجو کرد که قادر می باشد حجم بالایی از داده ها را در زمانی کوتاه با بهره گیری از موازی سازی داده ها و سرعت بالای انتشار نور پردازش کند. به همین دلیل در این اختراع، یک روش جدید برای تطبیق توالی دی ان ای با بهره گیری از پردازش نوری ارائه شده است. هدف از راه حل ارائه شده دستیابی به یک معماری کاملاً نوری است تا بتواند با بهره گیری از خاصیت های موازی سازی و سرعت امواج نوری علاوه بر در تطبیق توالی دی ان ای، تعیین دقیق مکان جهش ها، و ارائه آن در قالبی ساده و قابل فهم با بهبودهای قابل توجهی در مصرف توان و زمان پردازش نسبت به سامانه های الکتریکی مشابه همراه باشد.
کوهی خاطرنشان کرد؛ در این اختراع، با عبور سریع امواج نوری از قطعات اپتیکی با قابلیت موازی سازی و حجم داده ورودی بسیار بالا، خیلی از مشکلات موجود در روش های الکتریکی مشابه را حل می نماییم. همین طور استفاده از امواج نوری بجای امواج الکتریکی در پردازش داده ها، موجب کاهش قابل توجه توان مصرفی، از میان رفتن نیاز به اجزای ذخیره سازی موقت اطلاعات و… شده است. روش تطبیق نوری ارائه شده در این اختراع از پنج مرحله تشکیل شده است که شامل کدگذاری، تطبیق، حذف اختلال، ساده سازی، و بهبود خروجی است.
وی تصریح کرد: بصورت کلی، نوآوری های این اختراع شامل ارائه یک روش تطبیق کاملا نوری رشته های دی ان ای برای تعیین مکان دقیق جهش ها، ارائه یک کدگذاری نوری جدید، ارائه یک معماری کاملا نوری بسیار سریع با توان پردازشی بالا، تولید یک خروجی ساده و قابل فهم است. همین طور از این اختراع می توان در مراکز تحقیقات ژنتیک، بیوتکنولوژی و کشاورزی، مراکز آموزشی مانند دانشگاه های پزشکی، مراکز تحقیقاتی در حوزه پزشکی ژنتیکی و بیماریهای ژنتیکی، کلینیک ها و بیمارستان ها، شرکت های تحقیقاتی داروسازی، شرکت های دارای خدمات تطبیق رشته های دی ان ای و… استفاده نمود.
سیستم پتنت آمریکا «USPTO» مشهورترین سیستم ثبت اختراع در جهان است. بازار بسیار بزرگ، فعالیت و حضور گسترده تعدادی از بزرگ ترین شرکت های فناور در این کشور، توسعه و تجاری سازی آخرین فناوری های نوظهور در اکوسیستم هایی مانند دره سیلیکون و… باعث شده است تا یک «US» پتنت، به عنوان دارایی بسیار ارزشمندی برای مراکز تحقیقاتی دانشگاهی و شرکت های مختلف آمریکایی و بطور کلی سراسر دنیا محسوب شود.
