Bilim insanları, DNA’da görüntü yakalayan ve depolayan bir “canlı dijital kamera” geliştirdi. Geliştirilen teknik, dijital bilgiyi biyolojik maddeye kodlamak doğrultusunda yepyeni bir yaklaşım sergiliyor; bu, bilgi işlem ve nanoteknoloji alanlarında gelecekte geliştirilecek pek çok uygulamaya dair potansiyel taşıyan bir çaba.

‘Deoksiribonükleik asit’ kelimesinin kısaltması olan DNA, adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) adı verilen dört nükleotit kullanan organizmalar genelinde genetik yönergeyi saklayan bir molekül. Biyolojik sistemlere geniş ölçekli bir kılavuz sağlamasına ek olarak, DNA’nın dört öğelik basit yapısı, yeni bilgi işlem sistemleri ve veri saklama alanlarında potansiyel taşıyan bir donanım türü olmasından ötürü, bilim insanlarının dikkatini çekiyor.

Şimdiyse, Singapur Ulusal Üniversitesi’nde sentetik biyolog olan Cheng Kai Lim öncülüğündeki araştırmacılar, DNA’nın yalnızca görüntülemek ve depolamak amacıyla kullanılamayacağını, yanı sıra bu görüntülerin daha sonra sıralama teknikleriyle buradan alınabileceğini gözler önüne serdiler. Araştırmacılar, geçen hafta Nature Communications adlı dergide yayınlandıkları bir makalede aktardıkları kadarıyla, DNA örneklerinden özel 2 boyutlu ışık geçirerek ‘BacCam’ ismini verdikleri “dijital kamera benzeri bir biyolojik kamera” yaratabildiler.

Lim ve meslektaşları, “Biyolojik ve dijital arayüzler arasında gittikçe artmakta olan entegrasyon, biyolojik materyallerin, dijital verileri saklamak amacıyla kullanılmasına yönelik ilginin artmasına sebep oldu ve işin en umut vaat eden yanı, ‘de novo DNA sentezi’ sonucunda yaratılan tanımlanmış DNA dizileri içinde verilerin saklanmasını da içermesiydi” diyor: “Bununla birlikte, yüksek maliyetli ve verimsiz olma eğilimi sergileyen ‘de novo DNA’ sentezine duyulan ihtiyacı ortadan kaldırabilecek bir yöntem henüz mevcut değildi.”

Araştırma ekibi, “Burada, bu araştırmada, maruz kalınan ışığı DNA’ya kaydetmek için ‘optogenetik devreler’ aracılığıyla uzamsal konumları barkodla kaydederek ve depolanan görüntüleri yüksek verimli yeni nesil dizileme tekniğiyle alarak, 2 boyutlu ışık kalıplarını DNA’ya kaydetme yöntemini detaylandırıyoruz” diyor: “Nitekim, bu araştırma, biyolojik sistemleri dijital aletlerle bütünleştirmenin önünü açan bir ‘canlı dijital kamera’ üretiyor.”

Bilim insanları, onlarca yıldan beridir DNA’nın hesaplama potansiyeli hakkında araştırmalar yürütüyorlar ve DNA depolama uygulamaları sektörünün gelecek yıllarda genişlemesi bekleniyor. Bu aşamada, bu doğrultuda sarf edilen çabaların büyük kısmı DNA’nın ‘yapay ortamdaki’ sentezini içeriyor; bu, bilim insanlarının bilgi depolamak maksadıyla yönlendirilebilecek yapay genetik materyal dizileri yarattıkları anlamına geliyor. Lim ve meslektaşlarının aktardığına göre, bu süreç iyi test edilmiş olsa da pahalı, karmaşık ve genelde pek çok hatayla dolu.

Ekip, “Bu süreci hızlandırma hususunda büyük ilerlemeler yaşansa bile ... DNA sentezi, DNA’nın bir veri saklama ortamı olarak kabul görmesinde bir darboğaz olmayı sürdürüyor” diyor: “Bundan ötürü, şu anki haliyle DNA sentezinin yerine kullanılabilecek ya da üstesinden gelebilecek bilgileri DNA’ya kodlamanın yollarını geliştirme meselesine dair büyük ilgi söz konusu.”

Bu doğrultuda çalışan Lim ve meslektaşları, DNA’sında ışığın varlığını ya da yokluğunu kaydedebilen ve ‘optogenetik’ adı verilen ‘devreler’ barındıran Escherichia coli bakteri türünden alınan canlı hücreler üzerinde araştırmalar yürüterek, DNA sentezleme işlemine duyulan ihtiyacı ortadan kaldıran yeni bir teknik geliştirdiler.

Araştırmacılar, mavi ışık kullanarak, bakteri kültürünün belirli DNA kısımlarına gülen bir yüz ve ‘BacCam’ sözcüğü de dahil olmak üzere, 96 bitlik basit görüntüler yansıttılar. Görüntüler DNA’da başarılı bir şekilde saklandı ve kodlanan diziler tekrar sıralandığında, kusursuza yakın bir doğrulukla geri alındı. Buna ek olarak, araştırmacılar aynı DNA kesitlerine ayrı bir görüntü yansıtmak amacıyla kırmızı ışık kullanmayı başardı ve tek bir genetik örnekte birden çok görüntünün kaydedilebileceğini, saklanabileceğini ve geri alınabileceğini ortaya koydular.

Lim ve meslektaşları, “Bu faaliyet akışını tek bir ışık dalga boyunun ötesine taşımak amacıyla, tek bir eşzamanlı kayıtta saklanabilecek veri miktarını ikiye katlayarak ve sistemin çoğaltma potansiyelini ortaya koyarak fazladan bir ışık dalga boyu ekledik” diyor:

“Ulaştığımız sonuçlar, bir [DNA] havuzunda saklanabilen ve tek seferde kaydedilebilen farklı görüntülerin sayısının 100 ilâ 1000 arasında olduğunu düşündürüyor. DNA veri depolama alanı gelişmeyi sürdürdükçe, biyolojik ve dijital sistemleri bağlayan arayüzün köprülenmesine ilişkin artan bir ilgi söz konusu. Bizim araştırmamız, var olan bilgi kaydetme aletlerini biyolojik bir şekilde yeniden oluşturan ve bilgi kaydı ve saklanması alanlarında kesintisiz yeniliklerin temelini teşkil eden DNA veri depolamasının diğer uygulamalarını gözler önüne seriyor.”