دو نفر از اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف با همکاری محققان این دانشگاه موفق به ثبت اختراع خود با عنوان "تشخیص جهش نوری در رشته DNA" در اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری ایالات متحده آمریکا "USPTO" به عنوان معتبرترین پتنت سیستم در جهان شدند.
به گزارش روابط عمومی دانشگاه صنعتی شریف، دکتر سمیه کوهی، دانشیار دانشکده مهندسی کامپیوتر و دکتر زهرا کاوش، دانشیار دانشکده مهندسی برق با همکاری احسان ملکی، دانشجوی کارشناسی ارشد. در دانشکده مهندسی کامپیوتر و حسین باباشاه دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده برق مهندسی پس از 4 سال تلاش و تحقیق موفق به ثبت اختراع خود در USPTO شد. از دستاوردهای این اختراع برای کشور می‌توان به کاهش زمان تشخیص بیماری‌های ژنتیکی مانند ناهنجاری‌های جسمی و ناتوانی‌های ذهنی، سرطان، آلرژی و بیماری‌های سیستم عصبی (مانند ام‌اس و پارکینسون)، کاهش هزینه‌های بیماران برای انجام آزمایش‌های ژنتیکی، کاهش هزینه های زمانی و مالی تحقیق و توسعه در حوزه علوم و مهندسی ژنتیک به ارتقای مراکز تحقیقاتی و پزشکی کشور برای تبدیل شدن به قطب کمک می کند.
دکتر کوهی با توجه به اهمیت و ضرورت این تحقیق گفت: در رشته زیست شناسی رشته های DNA حاوی دستورالعمل های خاصی برای تکثیر و تولید پروتئین هستند که عملکرد و رشد بیولوژیکی همه موجودات زنده را مشخص می کند. هر DNA از یک رشته طولانی نوکلئوتید تشکیل شده است. جهش های ناخواسته در هر DNA ممکن است دستورات رشته DNA را مختل کند و باعث از بین رفتن ساختار پروتئین یا تولید پروتئین های غیرطبیعی شود که به عنوان مثال باعث تغییر در ظاهر فرد می شود یا فردی که از بیماری های ژنتیکی بسیار جدی رنج می برد. سرطان بنابراین در بیوانفورماتیک تشخیص و مکان یابی جهش در رشته DNA برای تشخیص بیماری های ژنتیکی و سپس درمان آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
در این راستا، رشته DNA کاندید با یک رشته DNA مرجع سالم مطابقت داده می شود تا با تعیین شباهت ها و تفاوت های بین دو رشته، محل دقیق جهش ها کشف شود. با توجه به طول رشته های DNA (بیش از سه میلیارد نوکلئوتید)، تطبیق دو رشته DNA یک کار بسیار طولانی و پیچیده است که با افزایش روزافزون حجم داده های ژنومی و توسعه دانش ژنتیک و پزشکی پیچیده تر شده است. و مستلزم پرداخت هزینه های گزاف است. همچنین انجام این کار با استفاده از پردازنده های الکتریکی که ماهیت سریالی دارند با چالش های زیادی مانند پیچیدگی زیاد پردازش رشته های بلند، زمان و توان زیاد در تطبیق توالی ژنوم، نیاز به یک پردازنده قدرتمند و بسیاری از موارد مواجه است. حافظه ذخیره سازی و... در این میان برای درمان بیماری ژنتیکی باید هر چه زودتر جهش ها کشف و شناسایی شوند.
وی افزود: راه حل چالش فوق را می توان در پردازش نوری به عنوان فناوری جدیدی جستجو کرد که با استفاده از موازی سازی داده ها و سرعت بالای انتشار نور قادر است حجم زیادی از داده ها را در مدت زمان کوتاهی پردازش کند. بر این اساس در این اختراع روش جدیدی برای تطبیق توالی DNA با استفاده از پردازش نوری ارائه شده است. هدف از راه حل ارائه شده دستیابی به یک معماری کاملا نوری است تا بتواند با استفاده از ویژگی های موازی سازی و سرعت امواج نور علاوه بر تطبیق توالی DNA و ارائه آن به صورت ساده و قابل فهم، مکان جهش ها را به طور دقیق تعیین کند.
دکتر کوهی خاطرنشان کرد; در این اختراع بسیاری از مشکلات را در روش های الکتریکی مشابه با عبور سریع امواج نور از قطعات نوری با قابلیت موازی سازی و حجم داده های ورودی بسیار بالا حل می کنیم. همچنین استفاده از امواج نور به جای امواج الکتریکی در پردازش داده ها باعث کاهش چشمگیر مصرف برق، بی نیازی از اجزای ذخیره سازی موقت اطلاعات و ... شده است.روش تطبیق نوری ارائه شده در این اختراع شامل پنج مرحله است که شامل کدگذاری می باشد. تطبیق، حذف تداخل، ساده سازی و بهبود خروجی. وی در پایان یادآور شد: به طور کلی از نوآوری های این اختراع می توان به ارائه روش تطبیق کاملا نوری رشته های DNA برای تعیین محل دقیق جهش ها، ارائه کدگذاری نوری جدید، ارائه یک معماری تمام نوری بسیار سریع با قدرت پردازش بالا، تولید ساده و قابل فهم اشاره کرد. خروجی همچنین از این اختراع می توان در مراکز تحقیقات ژنتیک، بیوتکنولوژی و کشاورزی، مراکز آموزشی مانند دانشگاه های علوم پزشکی، مراکز تحقیقاتی در زمینه ژنتیک و بیماری های ژنتیکی، کلینیک ها و بیمارستان ها، شرکت های تحقیقاتی دارویی، شرکت های دارای خدمات تطبیق DNA و ... استفاده کرد. .
شایان ذکر است که سیستم ثبت اختراع USPTO مشهورترین سیستم ثبت اختراع در جهان است. بازار بسیار بزرگ، فعالیت و حضور گسترده برخی از بزرگترین شرکت های فناوری در این کشور، توسعه و تجاری سازی جدیدترین فناوری های نوظهور در اکوسیستم هایی مانند دره سیلیکون و... ثبت اختراع «آمریکا» را به یک امتیاز بسیار ارزشمند تبدیل کرده است.
باید گفت؛ آزمایشات عملی طراحی و آزمایش سیستم اختراع شده در آزمایشگاه پردازش نوری (OPL) در دانشکده مهندسی کامپیوتر انجام شده است.