Bach’ın Çello Süiti No. 1’inin bir DNA dizisinde çalındığını hayal edin. Bu senaryo göründüğü kadar imkansız değil. Arşenin hareketlerine dayanamayacak kadar küçük olsa da, DNA ses dosyalarını ve diğer her türlü medyayı depolamak için bir güç merkezidir olabilme potansiyeline sahip mi? Başka bir ifadeyle, DNA veri depolamanın geleceği olabilir mi?
Beckman İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde araştırmacı ve bu araştırmanın ortak yazarı olan Kasra Tabatabaei, “DNA, doğanın orijinal veri depolama sistemidir. Her türlü veriyi depolamak için kullanabiliriz: resimler, videolar, müzik – her şey için,” diyor.
DNA’nın moleküler yapısını genişletmek ve kesin yeni bir dizileme yöntemi geliştirmek, çok kurumlu bir ekibin çift sarmalı sağlam, sürdürülebilir bir veri depolama platformuna dönüştürmesini sağladı.
Veri Üretimi Her Geçen Gün Artıyor
Takımın makalesi Şubat 2022’de Nano Letters’da yayınlandı.
Dijital bilgi çağında, internette günlük haberlere göz atmaya cesaret eden herkes, küresel arşivin gün geçtikçe daha da büyüdüğünü hissediyor. Yerden tasarruf etmek ve bilgileri doğal afetlerden korumak için kağıt dosyalar giderek daha fazla dijital hale getiriliyor.
Bilim adamlarından sosyal medya fenomenlerine kadar, saklayacak bilgisi olan herkes güvenli, sürdürülebilir bir veri kasasına ihtiyaç duyar ve çift sarmal buna uygun bir yanıt olabilir.
Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’de yüksek lisans öğrencisi ve bu çalışmanın ortak yazarlarından Chao Pan, “DNA, özellikle arşiv verilerini depolamak için en iyi seçenek olmasa da en iyi seçeneklerden biridir” dedi.
DNA, dünyanın en zorlu koşullarına – bazen on binlerce yıl boyunca – dayanacak şekilde tasarlanmıştır tutarlı bir veri kaynağıdır. Bilim adamları, genetik geçmişleri ortaya çıkarmak ve uzun süredir kayıp olan manzaralara hayat vermek için fosilleşmiş DNA dizilerini sıralayabilir.
Küçük boyutuna rağmen DNA biraz da Dr. Who’nun ünlü kulübesine benziyor: Aslında içi göründüğünden çok daha büyük.
Aynı zamanda beşinci sınıf doktora öğrencisi olan Tabatabaei, “İnternette her gün birkaç petabayt veri üretiliyor. Bu verileri depolamak için yalnızca bir gram DNA yeterli olacaktır. DNA bir depolama ortamı olarak bu kadar yoğun,” diyor.
Silikon Mikroçipler mi, DNA mı?
DNA’nın bir diğer önemli yönü, doğal bolluğu ve neredeyse sonsuz yenilenebilirliği. Bugün piyasadaki en gelişmiş veri depolama sisteminin bile sahip olmadığı bir özellik bu. Özellikle de silikon mikroçiplerin, çöpe gitmeden önce yalnızca on yıllara yayılan yaşam süresini düşününce.
Franklin W. Woeltge Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü ve çalışmanın yardımcı yardımcısı Olgica Milenkoviç, “Benzeri görülmemiş bir iklim kriziyle karşı karşıya olduğumuz bir zamanda, sürdürülebilir depolama teknolojilerinin önemi göz ardı edilemez. DNA kaydı için moleküler depolamayı gelecekte daha da önemli hale getirecek yeni, yeşil teknolojiler ortaya çıkıyor” diyor.
Veri depolamanın geleceğini öngören disiplinler arası ekip, DNA’nın bin yıllık MO’sunu inceledi. Ardından, araştırmacılar kendi 21. yüzyıl bükümlerini eklediler.
Doğada, DNA’nın her zinciri, genellikle A, G, C ve T baş harfleriyle anılan dört kimyasal (adenin, guanin, sitozin ve timin) içerir. Kendilerini çift sarmal boyunca, bilim adamlarının anlam çıkarmak için kodunu çözebilecekleri veya sıralayabilecekleri kombinasyonlar halinde düzenler ve yeniden düzenlerler.
Araştırmacılar, mevcut dört harfli diziye yedi sentetik nükleobaz ekleyerek DNA’nın zaten geniş olan bilgi depolama kapasitesini genişletti.
“İngiliz alfabesini hayal edin. Kullanacak sadece dört harfiniz olsaydı, ancak belli bir sayıda kelime oluşturabilirdiniz. Alfabenin tamamı elinizde olunca, neredeyse sınırsız kelime kombinasyonları üretebiliyorsunuz. Bu DNA’da da aynı. Tabatabaei, sıfırları ve birleri A, G, C ve T’ye dönüştürmek yerine, sıfırları ve birleri A, G, C, T’ye ve depolama alfabesindeki yedi yeni harfe dönüştürebiliriz,” diyor.
Yenilikçi ve Müthiş Bir Bakış Açısı
Bu ekip, DNA’da bilgi depolamak için kimyasal olarak modifiye edilmiş nükleotitleri kullanan ilk ekip olduğundan, üyeler benzersiz bir meydan okuma etrafında bir inovasyon yaptılar: Mevcut teknolojinin tümü, kimyasal olarak modifiye edilmiş DNA zincirlerini yorumlayamıyor. Bu sorunu çözmek için, türünün ilk örneği bir DNA dizisi okuma işleme yöntemi geliştirmek için makine öğrenimi (machine learning) ve yapay zekayı (artificial intelligence – AI) birleştirdiler.
Ortaya koydukları çözüm, değiştirilmiş kimyasalları doğal olanlardan ayırt edebildiği gibi, yedi yeni molekülün her birini de birbirinden ayırt edebiliyor.
Pan, “11 nükleotidin 77 farklı kombinasyonunu denedik ve yöntemimiz her birini mükemmel bir şekilde ayırt edebildi” diyor. “Farklı nükleotidleri tanımlama yöntemimizin bir parçası olan derin öğrenme çerçevesi evrenseldir ve bu da yaklaşımımızın diğer birçok uygulamaya genelleştirilebilirliğini sağlıyor.”
Harfi harfine yapılan bu çeviri, nanogözeneklerin (nanopore) izniyle gerçekleşiyor: Ortasında bir DNA zincirinin kolayca geçebileceği bir açıklığa sahip proteinler. Dikkat çekici bir şekilde, ekip, nanogözeneklerin, birimlerin doğal veya kimyasal kökenleri olup olmadığına bakılmaksızın, DNA zinciri boyunca her bir monomer birimini tespit edip ayırt edebildiğini buldu.
Söz konusu çalışmanın sorumlu araştırmacıları arsında yer alan James Materyal Bilimi ve Mühendisliği Ekonomi Profesörü Charles Schroeder şu noktalara dikkat çekiyor: “Bu çalışma, makromoleküler veri depolamanın doğal olmayan kimyalara genişletilmesine yönelik heyecan verici bir ilke kanıtı sunuyor. Bahsettiğimiz bu gelişme, geleneksel olmayan depolama ortamlarında depolama yoğunluğunu önemli ölçüde artırma potansiyeline sahip bulunuyor.”
DNA, genetik bilgiyi depolayarak kelimenin tam anlamıyla tarih yazdı. Bu çalışmanın ortaya koyduğuna göre, veri depolamanın geleceği de benzer bir şekilde çifte sarmalda yatıyor.
Kaynak: Jenna Kurtzweil, Beckman İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü
https://phys.org/news/2022-03-future-storage-double-helical.html
Comments