Günümüz dünyasında veri üretim hızı, depolama kapasitesini geride bırakıyor. Yüksek çözünürlüklü videolardan bilimsel ölçümlere, güvenlik kayıtlarından sosyal medya içeriklerine kadar, dijital bilgiyi eşi benzeri görülmemiş bir hızda üretiyoruz. Bu artan ihtiyacın yanında geleneksel depolama araçlarında, özellikle veri arşivi kullanımlarında, bazı eksiklikler bulunmaktadır.

Örneğin hardisklerde ve SSD'lerde zaman içinde veri bozulmalar oluşması ve Optik Veri Depolamada (CD ve BlueRay gibi) kapasite sınırları olması, yeni veri depolama yöntemlerine ilgiyi arttırdı. Çin’deki Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları tarafından, geleceğin arşivleme yöntemlerinden biri olarak öne çıkan DNA kaset teypleri geliştiriliyor.

DNA Depolamanın Kısa Tarihi

1988 – Fikir Aşaması

• DNA depolamanın ilk kullanımlarından biri, sanatçı Joe Davis ile Harvard Üniversitesi araştırmacıları arasında 1988 yılında yapılan bir işbirliğinde ortaya çıktı. E. coli'deki bir DNA dizisinde depolanan görüntü, 5x7'lik bir matriste düzenlenmişti.

2012 – İlk Dönüm Noktaları

• Harvard araştırmacıları, 53.400 kelimelik bir kitabın HTML taslağını, onbir JPEG görüntüsünü ve bir JavaScript programını içeren dijital bilgilerle kodlanan DNA’ya başarıyla kodladı. Bu sonuç, DNA'nın diğer işlevlerinin yanı sıra, sabit disk sürücüleri ve manyetik bantlar gibi başka bir depolama aracı olabileceğini göstermiştir.

2017 – Ölçeklenme

• Microsoft ve Washington Üniversitesi, DNA’ya görüntüler, videolar ve işletim sistemi dosyaları depoladı. Bu araştırmadaki yenilik, verileri otomatik bir şekilde encode edilebilmesi ve aranabilmesiydi.

2020’ler – Otomasyon ve Hata Düzeltme

• Kodlama şemaları, hata düzeltme yöntemleri ve rastgele erişim (random access) teknikleri gelişti. DNA depolamanın ticari fizibilitesi arttı.

Günümüz – DNA Kaset Teypleri

• En son gelişmeler, DNA depolamayı fiziksel medya formatlarına (örneğin teyplere) taşıyor. Barkod tabanlı organizasyon sayesinde veriye erişim daha hızlı ve düzenli hale geliyor.

Veri depolamasında DNA kullanımına olan ilgi, DNA'nın bilinen en yoğun veri depolama kapasitesine sahip olmasından geliyor. Teorik olarak bir DNA parçası Kübik milimetre başına 1 eksabayt (1.000.000 Terabyte) veri depolayabiyor. Ayrıca DNA'nın yapısı sayesinde uygun ortam koşullarında bulunan veriyi binlerce yıl muhafaza edebilmektedir. Bu sebepten dolayı veri arşivleme için DNA ideal veri depolama yöntemi olarak görülmektedir.        

Nasıl Yapıldı?

• Çin’deki Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, DNA tabanlı kaset teyp sistemi geliştirdi. Bu sistem; dosya adresleme için fiziksel barkodlar (barcode addressing), koruyucu kaplamalar ve tam otomatik bir teyp sürücüsü içeriyor.
• Alt tabaka, polyester-nylon karışımından üretiliyor; mikroskobik barkod desenleri bandı ayrı bölümlere ayırıyor ve her biri DNA veri depolayabiliyor.
• Dijital veriler, DNA dizilerine (A, G, C, T bazları) dönüştürülüyor, banda işleniyor ve bozulmaya karşı koruyucu koşullar altında saklanıyor.
• Yapılan testlerde bant, hem kaplamalı hem de kaplamasız koşullarda bozulma deneylerine maruz bırakıldı ve veri başarıyla geri okundu.

Avantajlar

• Yoğunluk ve Dayanıklılık: DNA, manyetik ya da optik ortamlara göre kat kat daha yüksek veri yoğunluğu sunar. Teorik olarak 362 Petabyte DNA kaset verisi 1 kilometre kaset içine kodlanabilir.
• Enerji Verimliliği: Soğuk depolama (cold storage) senaryolarında, DNA kasetleri sabit disk veya SSD’lere kıyasla çok daha az enerji tüketir.
• Ölçeklenebilirlik ve Düzen: Barkod tabanlı adresleme, DNA bantlarını düzenli ve aranabilir arşivlere dönüştürür.

Çözülmesi Gereken Sorunlar

• Erişim Hızı: Geleneksel disklerden çok daha yavaştır.
• Maliyet ve Karmaşıklık: DNA sentezi, dizileme, kaplamasından dolayı veri yazma maliyeti yüksektir.
• Uzun Vadeli Dayanıklılık: Teorik olarak binlerce ömrü olsa da DNA Kasetlerinin uzun süreli ömrü için kesin testler henüz yapılmamıştır.

Kullanım Alanları

• Müze, kütüphane ve devlet kurumlarında arşiv depolaması amacıyla kullanılabilir.
• Astronomi, genomik ve iklim araştırmalarında bilimsel mega-veri setleri saklanabilir.
• Kurumsal ve ulusal güvenlik maksadıyla dağıtılmış yedekleme sistemleri için ideal bir depolama yöntemidir.

DNA kaset bandı sürücüsünün şeması. (A) Optik dosya adreslemesi için barkod desenlerinin kullanılması ve böylece DNA bandında fiziksel bölümler oluşturulması. Her fiziksel bölümün benzersiz bir adresi vardır ve DMRM işlevini destekler. ZIFs katmanı, kodlanmış DNA'yı korur ve DNA kurtarma işleminden önce ve sonra hızla oluşturulup kaldırılabilir. (B) DNA bandıyla birlikte tamamen otomatik çalışma ve dosya yönetim sistemine sahip bir DNA kaset bandı sürücüsü kullanılmıştır. Kaynak: Li ve ark., Sci. Adv. 11, eady3406

Sonuç ve Geleceğe Bakış

DNA kaset teypleri, biyoloji ile mühendisliği birleştirerek kompakt, dayanıklı ve dönüştürücü bir depolama yöntemi sunar. İlk kaset denemelerinden bugün otomatik kaset sistemlerine uzanan süreç, bu alanın hızlı ilerlediğini gösteriyor. Maliyetin azaltılması, hızın arttırılması ve uzun vadeli testlerin yapılması gibi hâlâ yapılması gereken araştırmalar var. Ancak bu araştırma, DNA’nın birgün manyetik ve optik arşivlerinin yerini alarak dijital hafızamızın temel taşı olabileceğine işaret ediyor.