DNA Veri Depolamada Yeni Keşif. DNA veri depolama alanında yeni bir çağ açma potansiyeline sahip. 1 Gram DNA’da 215.000 Terabayt (yaklaşık 45 milyon DVD ye eşit) veri saklayabildiğimizi düşünürsek konunun ne kadar heyecan verici olduğunu tahmin edebilirsiniz.
Dünyada bir ilk olan ‘biyolojik kamera’, mevcut DNA depolama yöntemlerinin kısıtlamalarını aşarak, verileri kodlamak ve depolamak için canlı hücrelerden ve onların doğal biyolojik mekanizmalarından yararlanıyor. Bu, görüntülerin doğrudan DNA içinde kodlanması ve depolanmasında önemli bir atılımı temsil ediyor ve dijital kamerayı andıran bilgi depolama için yeni bir model oluşturuyor.
Singapur Ulusal Üniversitesi Tasarım ve Mühendislik Fakültesi’nden Baş Araştırmacı Doçent Poh Chueh Loo ve NUS Klinik ve Teknolojik İnovasyon için Sentetik Biyoloji (SynCTI) liderliğindeki ekibin veri depolama endüstrisini sarsabilecek bulguları 03 Temmuz 2023 tarihinde Nature Communications’da yayınlandı.
DNA Veri Depolamada Yeni Keşif
Dünya eşi benzeri görülmemiş bir hızla veri üretmeye devam ederken, veri 21. yüzyılın ‘para birimi’ olarak görülmeye başlandı. 2018 yılında 33 ZB olduğu tahmin edilen Küresel Veri Küresinin 2025 yılına kadar 175 ZB’ye ulaşacağı öngörülmektedir. Bu durum, geleneksel veri depolamanın sınırlarını aşabilecek ve kaynak yoğun veri merkezlerinin çevresel etkilerini ele alabilecek bir depolama alternatifi arayışını tetikledi.
Görüntüler ve videolar gibi diğer bilgi türlerini depolamak için DNA kullanma fikri ancak son zamanlarda dikkat çekmeye başladı. Bunun nedeni, DNA’nın olağanüstü depolama kapasitesi, kararlılığı ve bilgi depolama ortamı olarak uzun süredir geçerliliğini korumasıdır.
“Yaklaşmakta olan bir aşırı veri yüklemesiyle karşı karşıyayız. Dünya üzerindeki her canlının temel biyomateryali olan DNA, çeşitli yaşam işlevlerinden sorumlu bir dizi proteini kodlayan genetik bilgiyi depolar. Bir perspektife oturtmak gerekirse, tek bir gram DNA 215.000 terabayttan fazla veri tutabilir – bu da 45 milyon DVD’nin bir arada depolanmasına eşdeğerdir” dedi.
Doç Dr. Poh ile birlikte çalışan yüksek lisans öğrencisi Lim Cheng Kai, “DNA ayrıca mevcut moleküler biyoloji araçlarıyla kolayca manipüle edilebilir, oda sıcaklığında çeşitli şekillerde saklanabilir ve yüzyıllarca dayanabilecek kadar dayanıklıdır” diyor.
Sahip olduğu muazzam potansiyele rağmen, DNA depolamaya yönelik mevcut araştırmalar DNA sarmallarının hücre dışında sentezlenmesine odaklanıyor. Bu süreç pahalıdır ve hatalara da açık olan karmaşık cihazlara ihtiyaç duyar.
Doç Dr. Poh ve ekibi bu darboğazın üstesinden gelmek için, genetik materyalin dışarıdan sentezlenmesi ihtiyacını ortadan kaldırarak bir ‘veri bankası’ olarak işlev görebilecek bol miktarda DNA içeren canlı hücrelere yöneldi.
Ekip, yaratıcılık ve akıllı mühendislik sayesinde, biyolojik bileşenleri kullanarak dijital bir kameranın işlevlerini taklit etmek için çeşitli biyolojik ve dijital teknikleri birleştiren yeni bir sistem olan ‘BacCam’i geliştirdi.
Doç Dr. Poh, “Bir hücrenin içindeki DNA’yı zarflanmamış bir fotoğraf filmi olarak düşünün” dedi. “Hücrelerin aktivitesini bir kameranın deklanşör mekanizmasına benzer şekilde ışıkla kontrol eden bir teknik olan optogenetiği kullanarak, DNA ‘filmine’ ışık sinyalleri basarak ‘görüntüler’ yakalamayı başardık.”
Araştırmacılar daha sonra, fotoğraf etiketlemeye benzer barkodlama teknikleri kullanarak, yakalanan görüntüleri benzersiz bir tanımlama için işaretlediler. Saklanan görüntüleri düzenlemek, sıralamak ve yeniden yapılandırmak için makine öğrenimi algoritmaları kullanıldı. Bunlar, bir dijital kameranın veri yakalama, depolama ve geri alma süreçlerini yansıtan ‘biyolojik kamerayı’ oluşturuyor.
Çalışma, kameranın farklı ışık renkleri kullanarak aynı anda birden fazla görüntüyü yakalama ve saklama yeteneğini sergilemiştir. Daha da önemlisi, daha önceki DNA veri depolama yöntemleriyle karşılaştırıldığında, ekibin yenilikçi sistemi kolayca yeniden üretilebilir ve ölçeklenebilir.
Yüksek lisans öğrencisi Lim Cheng Kai (solda), Doç Dr. Poh Chueh Loo (sağda) ile birlikte çalışarak görüntüleri doğrudan DNA’ya yakalayan ve depolayan yeni bir sistem geliştirdi. Doç Dr. Poh, “DNA veri depolamanın sınırlarını zorladıkça, biyolojik ve dijital sistemler arasındaki arayüzde köprü kurmaya yönelik artan bir ilgi var” dedi.
“Yöntemimiz biyolojik sistemlerin dijital cihazlarla entegrasyonunda önemli bir kilometre taşını temsil ediyor. DNA ve optogenetik devrelerin gücünden yararlanarak, DNA veri depolamasına uygun maliyetli ve verimli bir yaklaşım sunan ilk ‘canlı dijital kamerayı’ yarattık. Çalışmamız sadece DNA veri depolamanın diğer uygulamalarını araştırmakla kalmıyor, aynı zamanda mevcut veri yakalama teknolojilerini biyolojik bir çerçevede yeniden tasarlıyor. Bunun, bilginin kaydedilmesi ve depolanması konusunda sürekli yeniliklere zemin hazırlayacağını umuyoruz.”
Kaynak:
