GELECEĞİN DİJİTAL VERİ KÜTÜPHANESİ : DNA

Updated: Nov 6, 2020

İnsanlar geçmişten günümüze bilgiyi elde etme ve daha sonra kullanmak üzere depo etme alışkanlığını benimsemişlerdir. İlk zamanlarda bilgi depolama aracı olarak taşlar, deriler, kağıtlar kullanılmış olup; dijital hayata geçişle birlikte kağıt kullanımının yanı sıra diskler, bellekler ve hafıza kartları kullanılmaktadır. Günümüzdeki teknolojik depolama araçlarının her biri içerisine sınırlı bir alan kadar bilgi sığdırabiliyorken, biyolojik moleküler depolama sistemlerini ele aldığımızda gözle görülemeyecek kadar küçük alanlar kaplayıp, oldukça etkili bir bilgi saklama kapasitesine sahip olma potansiyellerini görürüz. Bu durum bilim insanlarını heyecanlandırmakta ve insan DNA’sının, kişisel veri tabanımız ve kütüphanemiz, bu tür bilgileri saklamakta oldukça etkili bir rol oynayabileceği düşünülmektedir.


Şekil .1. Geleneksel araçlar ve DNA depolama kapasitesinin karşılaştırması

İnsan DNA’sı mm³ başına 10¹⁸ bayta kadar hacimsel hafıza yoğunluğu sunmakta, bu da günümüzdeki en yoğun hacim kapasitesine sahip olan hafıza cihazından 6 misli kadar yoğun bir depolama alanı sunabileceği anlamına geliyor bu da nükleik asit hafızasını (nucleic acid memory (NAM)) dijital depolama konusunda önemli bir alternatif olarak sunuyor. Fakat günümüzde insanlar DNA’nın kırılgan ve güvenilmez bir kaynak olduğu gibi bir düşünceye sahipler. Bilim insanlarının bu konudaki araştırmalarına göre, oda sıcaklığında saklanan bir DNA’nın sahip olduğu half-life (yarılanma/ bozunma süresi) yaklaşık 100 yılı bulurken, Sibirya’da bulunan bir yaklaşık 50.000 yaşındaki bir Neandertal’in tüm genomu ve Kuzey Kutbu permafrostundan* (yaklaşık ortalama sıcaklık −4 °C) kurtarılmış yaklaşık 700.000 yaşındaki bir atın tüm genomları sıralandı. Yine de, DNA'nın uzun vadeli kararlılığı ve bozunma kinetiği, tam olarak anlaşılmamıştır.


DNA’nın kinetiğini ve potansiyelini anlamak için öncelikle nükleik asit yapısını bilmeliyiz. Nükleik asitler, nükleotit monomerlerinin zincir oluşturacak şekilde kovalent bağlarla birbirine bağlanması sonucu oluşan polimer yapılı bir makromoleküldür. Bir nükleotit monomeri; bir adet 5 karbonlu şeker (DNA’da deoksiriboz şekeri), bir fosfat grubu ve dört farklı bazdan (Adenin ,Timin (DNA), Guanin, Sitozin) oluşur. İki nükleotid zinciri, bazları arasında hidrojen bağları yaparak bir araya gelir ve çift zincirli DNA’nın oluşmasını sağlar.


DNA, eşlenmesi sırasında meydana gelen çeşitli hataları düzeltebilen mekanizmalara (DNA repair mechanisms) sahiptir. DNA üzerinde bilgi depolama konusunda akıllarda soru işaretleri oluşmasındaki sebep ise mutasyonlar ( UV radyasyon, kimyasallar, deaminasyon, depürinasyon vs.) ve bu mutasyonların giderilmesinde kullanılan bu mekanizmalardır. Hidroliz ise bu mekanizmanın ana yardımcısıdır. Bu olay genel bir mekanizma olarak açıklanacak olursa; DNA üzerinde meydana gelen hatalar çeşitli nükleazlar tarafından kesilir, daha sonra polimeraz enzimleri ile, oluşan boşluk doğru bir şekilde doldurulur ve ligazlar ile de birleştirilir. DNA üzerinde gerçekleşen bu oynamaların ise içerisinde bilgi saklama konusunda soru işareti barındırması oldukça normaldir. Buna karşılık, hücre dışarısında nükleik asit hafıza (NAM) kullanımı moleküler depolama konusunda bize kontrol etme olanağı sunmakta ( hidroliz kontrol altına alınmakta ve evrim sürmemekte) .


**DNA ÜZERİNE DİJİTAL DATA NASIL DEPOLANIR VE OKUNUR ?


Bu konu üzerine farklı çalışmalar olabilir fakat, bunu tek bir örnekte açıklamak gerekirse;

1. İlk olarak bazı DNA dizileri bilgisayarlar yardımı ile dijital data kodları ile eşleştirilir. Örn; 00-A 01-G 10-C 11-T.

2. Daha sonra bu diziler kodlanarak nükleik asit dizileri şeklinde uç uca eklenir ve bu işlem data tamamen kodlanana kadar sürer.

3. Bu diziler daha sonra klonlanarak bakteriyel hücre içinde in vivo olarak veya çeşitli solüsyonlar içerisinde in vitro olarak saklanabilir. Bu klonlama işleminde PCR bazlı uygulamalar kullanılabilir.

4. Son olarak okuma işleminde ise özel dizileme metodları kullanılır ve depolanan kod okunarak dijital data olarak gösterilebilir.

Örn; Sanger, İllumina veya Nanopore dizileme, vs.


Dünyada DNA üzerinde veri depolama üzerine bir çok uygulama bulunmakla birlikte Türkiye’de de 2018 sonunda DNA üzerinde veri depolama platformu olarak HiDNA.co kuruldu ve kişiye özel DNA şifreleme yapabilen algoritmalar yardımıyla yazı, resim, ses hatta kişisel verilerin (banka bilgileri vs.) DNA üzerinde güvenle ve uzun yıllar saklanabilecek yöntemler geliştirdi. Bu alanda gerçekleşen gelişmeler de gösteriyor ki çok yakın bir gelecekte az maliyetli ve en korunaklı hafıza merkezi DNA olacak. DNA biz insanların en kıymetli arşivi ve gelecek nesiller için ise bir kaynakçadır.


Gelecek yazılarda görüşmek üzere saygılarımla…


· Permafrost, en az iki yıl boyunca tamamen donmuş (32 ° F (0 ° C)) veya daha soğuk olan herhangi bir zemindir.



DİJİTAL REFERANSLAR

https://www.gwern.net/docs/genetics/editing/2019-ceze.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6361517/#SD1

https://potomacinstitute.org/images/studies/Future_of_DNA_Data_Storage.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5935598/

185 views0 comments

Recent Posts

See All