arama

1 Gram DNA’da 200 Milyon GB’lık Dijital Veriyi Depolamak Mümkün!

Gelişen teknolojiyle birlikte DNA’da veri depolama sisteminin kullanım alanları da bir hayli arttı. Artmaya da devam edecek!
  • paylaş
  • paylaş
  • paylaş
  • paylaş
  • paylaş
  • Dr. Cihan Taştan Dr. Cihan Taştan

⌛ Tahmini okuma süresi: 7 dakika

Yayınlanma Tarihi: 6 Temmuz 2019 12:17

📝 Yazar: Dr. Cihan Taştan ✅ Editör: Aysuda Ceylan

Günümüzde dijital veri, örneğin videolar ve sosyal medya içerikleri, olağanüstü bir hızla artıyor. 2017’de dünya nüfusunun %51’i internete ulaşabiliyorken; tahminler, dünya nüfusunun tamamına yakınının 2030 yılına kadar online olacağına işaret ediyor. 2018’de dünyada depolanan tüm veri, 2010’da 1 zettabayt (1×1012 gigabayt) iken, 33 zettabayta ulaştı. Tahminler, 2040 yılına kadar 6 ila 19 yottabayta (1 yottabayt= 1000 zettabayt) kadar ulaşacağını gösteriyor. Bu gidişle 2040 yılına kadar dünyadaki tüm mikroçip dereceli silikonun tükenmesi bekleniyor. Aynı zamanda, yarı iletken üretimi zaten Moore Yasasının gösterdiği fiziksel limitlere ulaşmış durumda. Dijital veri depolamada ulaşabileceğimiz fiziksel sınırlar, enerji tüketimi ve potansiyel hammadde zorluklarından ötürü daha fazla depolama için gelecekte daha farklı veri depolama teknolojilerine ihtiyacımız olduğunu gösteriyor. DNA, işte bu tsunami kadar dijital verinin hepsini depolamanın son derece kompakt bir yolu olabilir!

1 Bitcoin yatırılan hesabın bilgilerini içeren deney tüpü

Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü’nden (EBI) Nick Goldman, 2015 Davos Dünya Ekonomi Forumunda, DNA’da bilgi depolama ve DNA kriptoloji üzerine tüm dünyanın ilgisini çeken bir sunum yaptı. DNA içerisine şifrelediği 1 Bitcoin dijital parasının yatırıldığı hesabın bilgilerini deney tüplerine koyarak dinleyicilere dağıttı. DNA şifresini çözen ilk kişiye bu Bitcoin’i vereceğini açıkladı. Ancak bu şifrenin çözülmesi tam üç yıl sürdü ve Sander Wuyts, DNA’da saklanan Bitcoin hesap bilgilerine ulaşarak ödülünü kaptı. Bu olay, DNA’da bilgi saklamanın ne kadar çılgınca olduğunu gözler önüne serdi.

Dijital veriler (pdf, resim, müzik veya video) önce binary (0 ve 1) kodlarından özel algoritmalarla DNA dizisindeki harflere kodlanır. Kodlanan DNA üretilip, yıllarca bozulmadan saklanabilir. İstendiğinde kodlanan DNA şifresi tekrar çözülerek geri okunur ve dijital veri dosyasına dönüştürülebilir.

Gezegendeki tüm iPhone, PC ve sunucudaki dijital verilerin, bir şeker küpü kadar DNA’nın içerisine sığdırılabilmesi, hayal gücümüzün çok ötesinde olmasına rağmen artık mümkün! Aynı zamanda inanılmaz derecede de dayanıklı! DNA, serin ve kuru tutulduğu sürece yüzlerce yıl dayanabilir. Son 40 yılda DNA dizilerinin okunması ve sentetik DNA üretimindeki (sentezine) muazzam gelişme, dijital bilgilerimizin de DNA’da depolanabilmesini mümkün kıldı. Araştırmacılar DNA’mızdaki A, T, C ve G harflerinden her türlü bilgiyi bozulmadan kodlamayı başardılar: Savaş ve Barış, Deep Purple’dan “Sudaki Duman”, dört nala koşan bir at GIF’i.

Koşan at GIF dosyasındaki her çerçeve içerisindeki pikseller DNA koduna dönüştürüldü. Üretilen DNA tekrar geri okunduğunda koşan at GIF’i tekrar canlandırılabildi.  

DNA’da veri depolama, her geçen gün popüler bir konu haline gelse de, ortaya yeni atılan bir fikir değil. Kökenleri, Sovyet fizikçi Mikhail Neiman’ın, Radiotehnika dergisinde 1964-65 yıllarında yayınladığı bir makaleye uzanıyor. Neiman, DNA moleküllerinde bilgilerin kaydedilmesi, saklanması ve geri alınmasının olasılığına dair düşüncelerini not düşerek, DNA’da veri depolamanın fizibilitesine değinen tarihteki ilk kişidir. 2012’ye gelindiğinde, Harvard Üniversitesi’nden George Church ve arkadaşları bu fikri gerçeğe dönüştürmeyi başardı. 53 bin 400 kelimelik bir kitabın HTML taslağını, 11 JPEG resmini ve bir JavaScript içeren dijital bilgileri DNA’ya kodlamayı başardıklarını Science’da yayınlayarak dünyaya duyurdular.

Church ve arkadaşları, 1 gram DNA’da 200 milyon gigabayt boyutunda resim, müzik, yazı yani istediğimiz herhangi dijital bilginin depolanabileceğini gösterdiler.

2015’te ise ETH Zürih’ten araştırmacılar, DNA’yı üretildikten sonra silika cam küreleri içine yerleştirdiler. Hava teması olmadan ve yüzlerce yıl bozulmadan saklanabileceğini gösterdiler. Dünya bilgisayar devi Microsoft, Mart 2019’da, DNA’daki verileri kodlamak ve sonra kodu tekrar çözmek için tam otomatik bir sistem geliştirdiklerini yayınladı. Bu aslında DNA tabanlı bilgisayarların belki de Microsoft markası altında görebileceğimiz bir gelecek anlamına geliyor. DNA’da veri depolamasının kullanım alanları bununla da bitmiyor:

  • Ulusal güvenlik için bilgi gizleme ve veri stenografisi.
  • Tıbbi bilgiler ve aile öyküsü gibi kişisel bilgilerin saklanması.
  • Arşiv belgelerinin saklanması.
  • Bankaların milyonlarca hesap bilgisinin saklanması.
HiDNA araştırma ekibi, kurdukları hiDNA.co web platformuyla istenen herhangi dijital veriyi (örneğin, İstiklal Marşının ilk dizesini) DNA koduna şifreleyip uzun yıllar saklayabileceklerini gösterdiler.

Türkiye’de de 2018 sonunda DNA’da veri depolama platformu olarak HiDNA.co kuruldu. HiDNA araştırma ekibi, kişiye özel DNA şifreleme yapabilen algoritmalar ile yazı, resim, ses hatta banka hesap bilgilerinin DNA’da güvenle ve uzun yıllar saklanabilecek yöntemler geliştirdi. Üretilen DNA şifrelerinin özel ortam koşulları gerektirmeden, oda sıcaklığında 40 yıla kadar bozulmadan, özel kimyasal formulasyon ve UV ışığa dayanıklı 3-boyutlu kristal cam küp içerisinde saklanabileceğini gösterdiler. Kullanıcılar HiDNA.co web platformu kullanarak, istediği dijital veriyi HiDNA.co web platformunu kullanarak ücretsiz DNA’ya şifreleyebiliyor. Devamında uzun yıllar saklamak istediği veriyi, DNA dizilimi haline çevirerek elde edebiliyor. Ürettiğimiz bilgiler, yarı iletken yongalar, manyetik bant veya optik diskler yerine, milyonlarca yıldır tüm canlıların temel bilgisinin saklandığı DNA dizilerinde artık saklanabilir. Böylelikle, birçok alanda DNA kütüphaneleri hatta DNA bilgisayarları kullanılabilecek. Müzikten uydu görüntülerine kadar tüm dijital arşiv, bozulmaya her zaman uğrayabilen, özel ortam ve elektrik gerektirebilen silikon mikroçiplerde saklanmaktan kurtulabilecek.

Bilimle kalın!

Kaynaklar

  • Skinner, Gary M.; Visscher, Koen; Mansuripur, Masud (2007). “Biocompatible Writing of Data into DNA”. Journal of Bionanoscience. 1 (1): 17–21.
  • Church, G. M.; Gao, Y.; Kosuri, S. (2012). “Next-Generation Digital Information Storage in DNA”. Science. 337 (6102): 1628.
  • Yong, E. (2013). “Synthetic double-helix faithfully stores Shakespeare’s sonnets”. Nature. doi:10.1038/nature.2013.12279.
  • Goldman, N.; Bertone, P.; Chen, S.; Dessimoz, C.; Leproust, E. M.; Sipos, B.; Birney, E. (2013). “Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA”. Nature. 494 (7435): 77–80.
  • Shah, Shalin; Limbachiya, Dixita; Gupta, Manish K. (2013). “DNACloud: A Potential Tool for storing Big Data on DNA”. arXiv:1310.6992 [cs.ET].
  • Limbachiya, D.; Dhameliya, V.; Khakhar, M.; Gupta, M. K. (2016). On optimal family of codes for archival DNA storage. 2015 Seventh International Workshop on Signal Design and its Applications in Communications (IWSDA). pp. 123–127.
  • Grass, R. N.; Heckel, R.; Puddu, M.; Paunescu, D.; Stark, W. J. (2015). “Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes”. Angewandte Chemie International Edition. 54 (8): 2552–5.
  • Blawat, M.; Gaedke, K.; Hütter, I.; Chen, X.-M.; Turczyk, B.; Inverso, S.; Pruitt, B. W.; Church, G. M. (2016). “Forward Error Correction for DNA Data Storage”. Procedia Computer Science. 80: 1011–1022.
  • Yong, Ed. “This Speck of DNA Contains a Movie, a Computer Virus, and an Amazon Gift Card”. The Atlantic. 2017.
Bilimsel gelişmelerden anlık haberdar olmak için Telegram kanalımıza abone olabilirsiniz.