Hareketli Yazı Tekniği ile DNA'ya Veri Yazmada Yeni Bir Dönem!

Araştırmacılar Nature dergisinde yayınladıkları bu yeni yöntemde DNA gibi yüksek yoğunluklu bir ortamda veri kodlama hızını artırmak için moleküler düzeyde hareketli yazı tekniğini uyguladıklarını belirtiyor.^[1] Bu yöntem hayati bilgilerin onlarca yıl boyunca saklanmasını uygun maliyetli hale getirerek gelişmekte olan DNA'da veri depolama endüstrisinde devrim yaratabilir. Altos Labs'de genomik uzmanı olan Kun Zhang şöyle söylüyor:

Bu yöntem, fikrin uygulanabilir olduğunu gösteren başarılı bir örnek ve önceki DNA'da veri depolama yaklaşımlarına göre önemli bir gelişme sağlıyor.

Washington Üniversitesi’nden biyofizikçi Jeff Nivala ise şöyle diyor:

Yeni çalışma, DNA verisini depolarken DNA'yı baştan sentezlemek zorunda olmanın önündeki engeli kaldırıyor.

Tek bir gram DNA, 215 petabayta kadar veri depolayabilir, bu da 10 milyon saatlik yüksek çözünürlüklü video saklamak için yeterlidir. Bu, birkaç kamyon dolusu DNA'nın insanlığın şimdiye kadar kaydettiği tüm veriyi saklayabilmesi anlamına geliyor. Ayrıca, birkaç yıl ya da on yıl içinde bozulan geleneksel elektronik sabit disklerin aksine DNA binlerce yıl dayanabilir. Ayrıca, DNA'nın dört harfli genetik alfabesinde kodlanan verileri okumanın günümüzde DNA dizileme makineleri sayesinde oldukça hızlı ve kolay hale geldiğini de hatırlatmakta yarar var.

Ancak asıl sorun, veriyi yazarken her harfi tek tek sentezlemeyi gerektiren DNA iplikçiklerini özel olarak üretmenin gerekmesidir. Günümüzün en hızlı DNA yazıcılarının günde yaklaşık 320 milyon bayt DNA verisi sentezleyebildiği göz önüne alındığında bu hızla, bir gramlık DNA yazmak neredeyse 2 milyon yıl alacaktır. Pekin Üniversitesi'nde hesaplamalı biyolog olan Long Qian, şöyle söylüyor:

DNA yazıcılar, sabit disklerle kıyaslanamayacak kadar yavaş yazma hızına sahip.

Qian ve ekibi, işleri hızlandırmak için Johannes Gutenberg'in matbaasından yaklaşık 400 yıl önce, M.S. 1040 civarında Çin'de ortaya çıkan hareketli yazı tekniğinden (İng: "movable type") ilham aldılar. Kâğıt olarak kullanılmak için uzun tek sarmallı DNA parçalarını, harfler için ise DNA şablonu boyunca belirli bir bölgeye bağlanmak üzere tasarlanmış, her biri 24 baz uzunluğunda yüzlerce kısa tek sarmallı DNA bloğu sentezlediler.

Ekip, blogları 0 veya 1 ile kodlamak için hücrelerde doğal olarak bulunan bir süreç olan metilasyon işlemine başvurdu. Bu işlemde vücutta hücreler belirli DNA dizilerine bir karbon ve üç hidrojen atomundan oluşan metil grupları ekleyerek hangi genlerin hangi dokularda aktif veya pasif olacağını işaretler.

Son olarak yazıyı "mürekkeplemek" ve kâğıda basmak için metiltransferaz adı verilen bir enzim eklediler. Bunun sonucunda bu enzimin bloklar üzerindeki tüm metil gruplarını şablon DNA ipliğinde tam karşılarına gelecek şekilde kopyaladığı gözlendi. Böylece veriler bir DNA dizileme makinesi ile okunabilir hâle geldi. Araştırmacılar, kaplan ve dev panda resmi gibi yüksek çözünürlüklü görüntüler içeren yaklaşık 270.000 bitlik dosyaları yazmayı ve okumayı başardı. Qian şunları söylüyor:

Bu yöntemle veri yazmanın maliyeti şu anda bit başına yaklaşık 0,003 dolar civarında. DNA sentez şirketlerinin her bir yeni DNA harfi için aldığı ücretten daha yüksek olsa da yöntemi ticarileştirirsek, laboratuvarda kullanılan kimyasal miktarını azaltarak maliyetleri düşürebileceğimizi düşünüyorum.

Bu çalışma, DNA'ya veri yazma hızını şimdiden artırmış durumda. Yeni yöntemin ticari bir versiyonu günde 2 terabayta kadar veri yazabilir, bu da günümüzün en hızlı DNA sentezleyicilerinden 6000 kat daha hızlı demek.

Qian son olarak gelecek planlarını şu sözlerle dile getiriyor:

DNA şablonlarını metil gruplarının yanında başka kimyasal işaretleyicilerle de donatmayı planlıyoruz, böylece her DNA iplikçiğine daha fazla veri kodlayarak işlemi daha da hızlandırabiliriz. Eğer başarılı olursak, hareketli yazı fikri sadece antik çağın değil, geleceğin de en önemli buluşlarından biri olabilir.