Washington Üniversitesi ve Microsoft araştırmacıları, üretilmiş DNA'ya veri depolamak ve kullanmak için ilk tam otomatik sistemi sundu. Bu, teknolojiyi araştırma laboratuvarından çıkarıp, ticari veri merkezlerine götürmede çok önemli bir adım niteliği taşıyor.

Ekip, basit bir kavram-kanıtlama sınamasında, "hello" sözcüğünü üretilmiş DNA'nın ufak parçalarına başarıyla kodladı ve tam otomotik bir uçtan-uca (İng. end-to-end) sistem kullanarak onu yeniden dijital veriye dönüştürdü. Kullanılan uçtan-uca sistemin ayrıntıları 21 Mart 2019 tarihinde Nature Scientific Reports'da yayımlanan bir makalede paylaşıldı.

DNA molekülü, veri merkezlerinin günümüzde kullandığından çok daha küçük bir alna dijital bilgi depolayabilir. İş kayıtlarından sevimli hayvan videolarına, tıbbi taramalardan dış uzay fotoğraflarına kadar değişen bir yelpazede, her an daha fazla veri üreten dünyamızda, bu umut vaad edici bir çözüm gibi görünüyor. Fakat üretilen DNA'ya veri kodlamak ve bu veriyi gerektiğinde kullanabilmek için algoritmaların geliştirilmesi ve moleküler hesaplama teknolojisi gerekiyor. Böylelikle, şu anda hangar gibi bir veri merkezinde depolanan tüm bilgi, birkaç tavla zarı büyüklüğünde bir alana sığdırılabilir.

Veriler, insanlardan ya da başka canlılardan alınan DNA moleküllerine değil, laboratuvarda üretilen sentetik (yapay) DNA moleküllerine depolanıyor ve sisteme gönderilmeden önce şifrelenebiliyor. Sentezleyici ve dizileyici gibi ileri teknoloji ürünü cihazlar her ne kadar sürecin önemli adımlarını halletse de, ara adımların çoğu için şimdiye dek laboratuvarda manuel bir emek verilmesi gerekiyordu. Bu da ticari uygulamalar yolunda bir engeldi. Ekipten Chris Takahashi şöyle anlatıyor: "Bir veri merkezine ellerinde pipetlerle gezinen bir sürü insan sokamazsınız; bu insan hatasına fazlasıyla açık, çok masraflı ve çok yer kaplayan bir yol olur."

Tekniğin ticari bir depolama çözümü olarak işe yaraması için hem DNA sentezleme hem de dizileme masraflarının azalması gerekiyor. DNA sentezlemede anlamlı dizilimleri olan ısmarlama iplikler yapılıyor; dizilemede ise depolanmış bilgi ortaya çıkarılıyor. Araştırmacılar masrafların giderek azalmakta olduğunu da ekliyor. Bu bulmacanın bir diğer önemli parçası ise otomasyon; çünkü otomasyon sayesinde ticari ölçekte depolama olanaklı olabilir ve maliyeti de düşer.

Doğru koşullar altında, DNA şu anki arşivsel depolama teknolojilerinden çok daha uzun süre dayanabilir. Bazı DNA molekülleri, ideal depolama koşulları bile olmadan onbinlerce yıl bozulmamayı başarmıştır; örneğin mamut dişlerinde ve eski insanların kemiklerinde bulunmuştur.

Otomatik DNA veri depolama sistemi, ekip tarafından geliştirilen bir yazılım kullanıyor. Bu yazılım dijital verinin sıfır ve birlerini, DNA'nın yapıtaşları olan adenin, guanin, sitozin ve timin bazlarına çeviriyor. Ardından pahalı olmayan, büyük ölçüde hazır bulunan laboratuvar ekipmanı kullanarak, gereken sıvıları ve kimyasalları bir sentezleyiciye döküyor. Bu sentezleyici, üretilmiş DNA parçaları inşa ediyor ve sonra onları bir depolama kabına itiyor. Sistemin veriyi kullanması gerektiğinde, DNA'yı uygun şekilde hazırlayacak başka kimyasalları kaba döküyor ve mikro-akışkansal pompalar kullanarak, sıvıları bir makineye itiyor. Bu makine, DNA dizilimlerini "okuyarak" onları bir bilgisayarın anlayabileceği enformasyona yeniden çeviriyor.

Projenin amacı, sistemin ne kadar hızlı ya da masrafsız çalışabileceğini göstermek değildi, diyor araştırmacılar; daha ziyade, otomasyon olanaklı olduğunu göstermek olduğunu belirtiyorlar. Otomatik bir DNA depolama sisteminin sağladığı yararlardan biri, araştırmacıları daha derin sorular üzerinde çalışmak için serbest bırakması; çünkü artık test tüplerindeki sıvılarla uğraşmaya zaman ayırmaları gerekmiyor.

Silikon bazlı bilgisayar sistemlerinden farklı olarak, DNA bazlı depolama ve hesaplama sistemlerinin molekülleri hareket ettirmek için sıvıları kullanması gerekiyor. Sıvılar ise elektronlardan farklıdır ve tümüyle yeni mühendislik çözümleri ister. Araştırmacılar, bir elektrot ızgarası üzerinde damlacıkları hareket ettirmek için elektriğin ve suyun özelliklerinden yararlanarak, laboratuvar deneylerini otomatik hâle getiren, programlanabilir bir sistem geliştiriyor. "Puddle" ve "PurpleDrop" adları takılan yazılım ve donanımın toplu yığını, farklı sıvıları karıştırabilir, ayırabilir, ısıtabilir ya da soğutabilir ve böylece laboratuvar protokolleri işletebilir.