300 milyar GB veri 4 gram DNA’ya sığacak

Avrupalı bilim insanları, ilk olarak bilim-kurguda karşımıza çıkan son derece fütüristik bir veri depolama yöntemi üzerinde çalışıyor. Yakın gelecekte kullanılamayacak olsa da, ‘genetik veri depolama’ katlanarak artan verileri kontrol altına almak için en ileri teknoloji olarak beliriyor.

25’inci yüzyılda geçen Uzay Yolu: Voyager serisi, ‘biyo-sinirsel’ devreler üzerinde veri depolama fikrini ortaya koyan ilk bilim-kurgu yapımı olmuştu. Bilim insanları, her ne kadar günümüzden 400 yıl sonrasını temsil etse de, genetik bilgi içinde dijital veri saklama yönteminin çok daha erken tarihlerde gerçek olabileceğine inanıyor.

Almanya’nın Heidelberg kentinde bulunan Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı (EMBL) ve ETH Zürih Üniversitesi tarafından yapılan araştırmalar, dijital veriyi DNA içinde depolamayı amaçlıyor. Başarılı olacağını düşünmek, Doğa Ana’nın sağladığı ‘organik donanım’ aracılığıyla binlerce yıl kullanılabilecek bir depolama birimine sahip olabileceğimiz anlamına geliyor.

Bilim insanları, son derece zorlu ve maliyeti yüksek araştırmalar sonunda istediklerini elde ederse, bir gün dünyanın bugüne dek üretmiş olduğu tüm veri miktarını sadece dört gram DNA içinde saklayabileceklerine inanıyor.

Veri depolamanın miladı 2002

ComputerWorld sitesindey yer alan bilgilere göre, Şubat 2014 itibariyle dünya genelinde depolanmış toplam veri miktarının 295 exabyte (295 milyar gigabyte) olduğu tahmin ediliyor.

Southern California Üniversitesi tarafından yapılan araştırma, 1986 ile 2007 yılları arasında kullanılan 60 analog ve dijital teknolojinin depoladığı veri miktarına dayanıyor. Bu yıllar arasında, veri depolama küresel alanda yüzde 23 oranında artmış. Dijital depolama kapasitesinin analog kapasiteyi ilk kez geride bıraktığı 2002 ise dijital çağın başlangıcı olarak kabul ediliyor.

Araştırmaya göre, 2007 yılı itibariyle ‘tüm hard diskler, kasetler, CD’ler, DVD’ler ve bilgisayar belleklerinde dolu ve boş alanların toplamı 264 exabyte alana denk geliyordu. Bu miktarın Şubat 2014 itibariyle 295 exabyte’a ulaştığını düşünürsek, bir yıl sonrasında 300 exabyte seviyesine geldiğini hatta geçtiğini varsayabiliriz.

Sentetik DNA nasıl çalışıyor?

DNA’yı veri depolama için ilginç kılan özelliği, depolama için kullanılabilecek olan ‘yoğunluğu.’ Verinin depolandığı birimler ise DNA ve RNA’da şekerlere bağlı olan molekülleri temsil eden nükleobazlar. Her bir nükleobaz, en az bir bit veriye denk geliyor. Her canlı hücre ise milyonlarca nükleobaz barındırıyor.

Bilim insanları, elde edilen yüksek kapasite sayesinde bir milyon gigabyte’ın (1 perabyte) bir milimetreküp alana depolanabileceğini tahmin ediyor. Kısaca, günümüzün manyetik ve elektronik depolama teknolojilerinin sunduğu kapasite DNA yanında neredeyse görünmez boyuta indirgeniyor.

Manyetik kaset ve SSD hard diskler, birçoğumuzun tecrübe ettiği gibi bozulma ve dayanıklılık sorunu  SSD diskler uzun süre enerji verilmediği (örneğin birkaç ay kullanılmazsa) veri kaybına uğrayabiliyor. Daha dayanıklı olan manyetik bantlar ise zamanla kimyasal yapıları bozulduğu için kullanılmaz hale geliyor.

DNA için de benzer durumlar söz konusu. Yaşayabileceği ortamdan arınması, DNA’nın en fazla iki veya üç yıl yaşayabileceği anlamına geliyor. Nem, ısı ve oksijene maruz kalma gibi faktörler de DNA’nın hasar görmesine neden oluyor.

Sentetik DNA koruma yöntemi

DNA’nın yüzyıllar, hatta binlerce yıl korunabilmesi, uzay çağına yaraşır bir depolama sistemi sunabilir. Böylece, nihayetinde yok olacak gezegenimizin sahip olduğu bilgileri dış dünyalara taşıyabilir. Hatta, 3D lazer tarama gibi tarihi yerleri en ince ayrıntısına kadar dijital ortamlara aktaran teknolojiler, bir gün Dünya’yı başka bir gezegende oluşturmamızı bile sağlayabilir.[quote_box_right]1 milyon GB veri, 1 milimetreküp DNA’da saklanabilir. DNA kapsüllerinin -18 derecede 1 milyon yıl korunabileceği tahmin ediliyor. [/quote_box_right]

ETZ Zürih Üniversitesi araştırmacıları, DNA’nın tek parça halinde kalarak barındırdığı teknolojiyi koruyabilmesi için genetik materyali ‘kapsül içine koymayı’ planlıyor.

Fosilleşmiş biyo-maddelerin saklanmasında kullanıldığı gibi, DNA’nın camdan yapılan ‘sentetik fosil’ içine konması planlanıyor. Tek bir kapsül, milyonlarca hatta milyarlarca veri saklayabileceği için DNA’yı tek parça tutacak yöntemler mevcut depolama sistemlerini uzun ömürlü kılmaktan çok daha mantıklı.

Okuması kolay ama saklaması zor

Bulut ve harici hard diskler, daha uzun yıllar tercih edilecek ana veri depolama araçları olarak kalacak. DNA kapsüllerinin kullanılması ise gerçekleştirilen simülasyonlara göre yakın gelecek için mümkün görünmüyor.

DNA kapsüllerindeki veriyi okumak için genetik materyale zarar vermeden çözülmesini sağlayan florür solüsyonuna konması gerekiyor. Ancak eski haline getirilememesi, DNA’nın bir kez açıldıktan sonra bozulacağı anlamına geliyor.

ETH Zürih Üniversitesi tarafından gerçekleştirilen simülasyonda, 4 derece sıcaklıkta 10 bin yıl bekletilen DNA’nın ne kadar iyi korunduğu test edildi. DNA zincirlerinin yaklaşık yüzde 80’inde, en az bir tane hata tespit edildi. DNA dizinlerinin yüzde 8’i tamamen yok oldu.

Doğru sıcaklıkta bir milyon yıl

ETH Zürih Üniversitesi’ndeki ekibin başında yer alan Dr. Robert Grass, deneylere 83 kilobyte veriyi 4,991 DNA segmenti üzerinde depolamayı deneyerek başlamış. Her birinin uzunluğu 158 nükleotit olan segmentlere veri yüklendikten sonra, korunmalarını için 150 nanometre uzunluğunda ‘sentetik fosil’ silika kapsüller hazırlamışlar.

Ardından gerçekleştirilen simülasyonların ilkinde, 60-70 derecelik ortamda tutulan DNA’lar, binlerce yılda görülmesi gereken bozulmaya bir ay içinde maruz kalmış. 4 derece sıcaklıkta yapılan deneyin sonucunu yukarıda belirtmiştik.

Dr. Grass ve ekibi, DNA kapsüllerini -18 derecede tuttuklarında ise bir milyon yıl bozulma riski olmayacağına inanıyor. Söz konusu sıcaklık, ‘Kıyamet Kasası’ olarak adlandırılan Svalbard Küresel Tohum Kasası’nın sıcaklığına eşit.

Binlerce yıllık mamut fosillerinde iyi korunmuş DNA’lar elde edildiği düşünüldüğünde, Dr. Grass ve ekibinin elde ettiği sonuç hiç şaşırtıcı değil. Tek sorun, bir milyon yıl boyunca -18 derecelik ortamı oluşturabilmek. Veya uzay çağında atmosferinde veya mağaralarında bu sıcaklığı sunan bir gezegen keşfetmek (ve uzaylı istilasına vs. karşı korumak).

Angewandte Chemie dergisinde yayımlanan araştırmada, DNA’da veri saklama maliyetinin araştırmalar ilerledikçe düştüğü ve sıcaklıkla ilgili koruma yöntemlerinin de gelişeceği belirtiliyor.

Gizmag’den aldığım bilgiye göre DNA’da 1 MB veri saklamanın bedeli 500 dolar. EMBL’den Dr. Nick Golfman, mevut gidişata bakıldığında maliyetin 2020’li yıllarda belirgin şekilde azalabileceğini düşünüyor. Kısaca, 400 yıl süreceğini düşünmesem de genetik veri depolama için henüz vakit var.