Binlerce Terabayt Veriyi Tek Bir Gram DNA’ya Sığdırmak Mümkün mü?
Pekin Üniversitesi’nden araştırmacılar, verileri yoğun ve verimli bir şekilde depolamak için enzimatik metilasyondan yararlanan DNA veri depolamasına yönelik çığır açan bir yaklaşım ortaya koydu.
“Epi-bit” adı verilen bu yeni yöntem, hem ölçeklenebilir hem de uygun maliyetli yüksek kapasiteli veri depolamaya olanak tanıyarak DNA’nın çok yönlü bir depolama ortamı olarak kullanılmasının pratikliğini ortaya koyuyor.
DNA Depolamada Avantajlar ve Yenilikler
Geçtiğimiz günlerde, Bilgisayar Bilimleri Bölümü Dekanı Cheng Zhang ve Kantitatif Biyoloji Merkezi’nden Long Qian liderliğindeki Pekin Üniversitesi araştırmacıları, Nature dergisinde “DNA’ya Epigenetik Bitler Yazdırarak Paralel Moleküler Veri Depolama” başlıklı çığır açan bir çalışma yayınladı.
Çalışma, DNA tabanlı veri depolama için öncü bir yöntem sunuyor. Araştırmacılar, enzimatik metilasyon kullanarak, verileri evrensel DNA şablonlarına hassas bir şekilde eklenebilen “epi-bit” adı verilen epigenetik modifikasyonlar olarak kodlamanın bir yolunu geliştirdiler. Bu yenilik, moleküler veri depolamaya ölçeklenebilir ve programlanabilir bir yaklaşım sunuyor.
Dünya, sürekli büyüyen dijital bilgi akışını yönetmede giderek artan zorluklarla karşı karşıya kalırken, DNA cazip bir çözüm sunuyor. Olağanüstü depolama yoğunluğu – sadece bir gram DNA 215.000 terabayt tutabilir, bu da 10 milyon saatlik yüksek çözünürlüklü videoya eşdeğerdir (Imburgia & Nivala, 2024) – ve uzun vadeli kararlılığı ile DNA, veri depolama için ideal bir ortamdır. Bununla birlikte, geleneksel yöntemler nükleotidlerin sırayla eklendiği de novo sentezine dayanır, bu da süreci yavaş ve pahalı hale getirir. Zhang ve ekibi tarafından geliştirilen yöntem, paralel, programlanabilir DNA montajı sağlayarak bu sınırlamaların üstesinden geliyor ve veri yazımını daha hızlı ve daha verimli hale getiriyor.
Ayrıca epi-bit yöntemi, yöntemin farklı akademik geçmişlere sahip 60 gönüllü tarafından uygulanmasının da gösterdiği gibi, bireyler tarafından DNA depolamalarını kişiselleştirmek için kullanılabilir. Bu da Zhang ve arkadaşlarının epi-bit yönteminin DNA depolama için erişilebilir, çok yönlü, hızlı ve düşük maliyetli bir yöntem olarak sahip olduğu potansiyeli açıkça ortaya koymaktadır.
Epigenetik DNA Depolama Metodolojisi
Bilgi, DNA’daki sitozin bazları üzerinde seçici metilasyon yoluyla kodlanır.
DNA tuğlaları olarak adlandırılan önceden sentezlenmiş DNA parçaları, yeniden kullanılabilir bir DNA ipliği üzerine monte edilir. Her bir DNA tuğlası, iplik üzerinde benzersiz bir konuma bağlanır.
Tuğlanın hassas bir şekilde bağlanması, bir enzimi şablon üzerinde belirli bir konumu metillendirmesi için yönlendirir ve bu da verileri etkin bir şekilde şablona “yazdırır”.
Bilgisayar donanımı ile aynı ikili sistemi izleyen her DNA tuğlası, sırasıyla 1 veya 0 kodlamak için metillenmiş veya metillenmemiş bir bölge taşır.
Epi-bitler bir nanopore dizileme cihazı kullanılarak okunur.
Temel Bulgular ve Pratik Uygulamalar
Araştırmacılar epi-bit yöntemini kullanarak, otomatik bir platformda, DNA sentezlemeye gerek kalmadan, beyaz bir kaplan ve dev bir pandanın iki yüksek çözünürlüklü fotoğrafı da dahil olmak üzere beş şablona 275.000 bilgi biti yazmayı başardılar.
Zhang ve arkadaşları tarafından oluşturulan ve kullanıcıların verileri kendilerinin kodlamasına olanak tanıyan bir platform olan iDNAdrive’da gönüllüler epi-bit yazma kitlerini kullanarak yaklaşık 5.000 bit veri kodladı. Veriler okunurken hata oranı %1,42 gibi düşük bir seviyede gerçekleşti.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Yeni Bir Veri Depolama Çağı: Panda Fotoğrafı DNA’da Saklandı ve Hatasız Geri Alındı