Dijital çağda, DNA’da veri depolama

Elimizde onlarca disketle dolaştığımız günler dün gibi, oysa üzerinden yirmi beş yıl geçmiş. Sonrasında CD, DVD, hafıza kartları, harici diskler ve bunların teknolojileri takip etti. Dijital bir çağda yaşıyoruz. Muazzam ve bence bir o kadar da korkunç bir veri birikimi var.

Her gün yaklaşık birkaç petabayt (yaklaşık 1000 TB) yeni veri üretildiği biliniyor. Özellikle bilim alanında büyük veri oldukça kıymetli. Bu veriyi işlemek, anlamlandırmak ve doğru bilgileri ayıklamak önümüzdeki dönemin en büyük görevlerinden biri. Büyük verinin ortaya çıkışı elbette bu verinin depolanabileceği ve geleceğe bırakılabileceği yeni mecraların aranmasını da beraberinde getirdi. İşte bu mecralardan birisi de bu konuda üzerinde çalışmalar yürütülen DNA molekülü.

ACS Nano Letters dergisinde şubat ayı sonunda yayımlanan bir araştırma, DNA alfabesindeki harf (baz) çeşitlerini dörtten on bire çıkarmayı başardı[i],[ii]. Araştırmacılar, on bir farklı bazdan oluşan DNA alfabesine bilgi yükleyip, sonrasında bunu nanogözenek (Nanopore) okuma yöntemiyle dizilediler. Bu süreçte araştırmacılar yapay sinir ağları algoritmalarını kullanarak bazları birbirlerinden ayırmayı başardılar. On bir harfin yetmiş yedi farklı kombinasyonunu deneyen araştırmacılar, kullandıkları nanogözenek okuması yönteminin bu farklı kombinasyonları ayırt etmede son derece başarılı olduğunu gösterdiler.

DNA’nın veri taşıma kapasitesinin yüksekliği uzunca bir zamandır biliniyordu. DNA, dünyanın değişen zor çevresel koşullarına rağmen hayatta kalabilen görece dayanıklı bir molekül. Bir başka açıdan, “Dr. Who’nun TARDIS”ine de benzetilebiliri. Yani, dışarıdan Dr. Who’nun zaman gemisi TARDIS gibi küçük gözükse de içine girdiğinizde muazzam bir genişlikte. Çalışmanın yazarlarından, Doktora Öğrencisi Tabatabaei’ye göre, yukarıda bahsettiğimiz birkaç petabayt veriyi, yaklaşık bir gram DNA’da depolayabiliyoruzi.  Kullanılabilen harf sayısının, kimyasal olarak değiştirilmiş 7 ek bazla 11’e çıkması ve bunların yüzde 60 ve üzeri bir doğrulukta nanogözenek dizilemeyle okunabilmesi olumlu bir gelişme. Eldeki teknolojilerle 100 bitlik bir bilginin DNA’ya kaydı (DNA sentezi yoluyla yazılışı), yaklaşık iki saat sürüyor ve 1 dolardan biraz fazlaya mal oluyorii. DNA’daki harf çeşidinin artmasıyla DNA’daki depolama yoğunluğunun ve DNA’ya bilgi kayıt hızının arttırabilineceği öngörülüyor. Bu alandaki gelişmeleri dikkatle izliyor olacağız.

[i] Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "The future of data storage is double-helical, research indicates: The Information Age needs a new data storage powerhouse. With an expanded molecular alphabet and a 21st century twist, DNA may just fit the bill.." ScienceDaily. ScienceDaily, 3 March 2022. .

[ii]  Tabatabaei et al. Expanding the Molecular Alphabet of DNA-Based Data Storage Systems with Neural Network Nanopore Readout Processing. Nano Letters, 2022; DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04203