Gelişen bilim ve teknoloji sayesinde sadece geçtiğimiz iki sene içinde daha önce ki tüm insanlık tarihinden daha fazla veri topladık. Günümüzde kullandığımız bilgi saklama sistemlerinin ise bir süre sonra bu artan ihtiyaca cevap veremeyeceği öngörülmekte. Ama paniklememize gerek yok çünkü aslında doğa bunun cevabini çoktan vermiş gibi görünüyor! Her canlı hücrede bulunan DNA sarmalı hem dayanıklılığı hem de muazzam veri saklama kapasitesi ile imdadımıza yetişti. Genetik mühendisliğinin bize verdiği imkanlar kullanılarak bu zincirde biyolojik veriler dışında elbet başka bilgiler de kaydedilebilir. Nitekim DNA’da veri saklama fikri şu an teknoloji dünyasinda yepyeni bir çığır açmakta.

 

Hücre dışında çeşitli sentezleme metodları kullanılarak gigabit büyüklüğünde bilgi sadece bir gram DNA sarmalı içine kodlanabiliyor. Fakat halen büyük veri kodlamaları için gereken zaman, ekipman ve laboratuvar ortamı bu yöntemlerin kullanımını kısıtlamakta. Bu kısıtlamaların üstesinden gelebilmek için ucuz ve hızlı  DNA sentezleme ve dizilemeyi sağlayacak entegre çipler geliştirmeyi hedefleyen çalışmalara ağırlık verilmiş durumda.

 

Peki ya bilgiyi silikon çipler yerine canlı hücreler içinde saklamak istersek? Tabii ki bu da mümkün. Harvard tıp fakultesi sentetik biyoloji departmanı çalışanları geçtiğimiz yıl hücre içi veri saklamaya yönelik değişik bir metod önerdiler. Sentetik biyoloji uzmanı Seth Shipman, Nature dergisinin 2017 Temmuz sayısında yayınlanan makalesinde, kısa bir filmi nasıl CRISPR-Cas (‘CRISPR: Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats, düzenli aralıklarla kümelenmiş palindromik tekrarlar anlamında’) temelli mikrobiyal bağisiklik sistemi vasıtasıyla bir DNA molekülü şeklinde hücre içinde kaydedip saklamayı başardıklarını anlatıyor.

 

CRISPR-Cas sistemi tek hücreli canlılar için bir çeşit doğal savunma mekanizması oluşturuyor. Virus istilası altında kalan tek hücreli bir canlı, karşılaştığı virüsün DNA’sından kestiği sekmeleri kendi genomundaki CRISPR dizisine aktarabiliyor. Daha sonra bu dizilerden kodlanan RNA molekülleri, Cas adlı proteinleri ayni diziye sahip istilaci DNA ya da RNA moleküllerini parçalamak üzere yönlendirebiliyor. Tek hücreli canlıların geliştirdiği bu dinamik savunma mekanizması genetik mühendislerinin elinde DNA manipülasyonu için kullanılan bir tekniğe evrilmiş durumda.

 

Shipman’nin ekibi, genetik uzmanı George Church ile birlikte E.coli bakteri hücresinde veri kaydetmeye yönelik bir metod geliştirmeye odaklanmış. Makalede belirtildiği üzere bir fotoğraf, her bir piksele karşılık bir kod ve ilgili pikselin konumunu belirleyen bir barkod şeklinde 33 DNA harfinden oluşan 104 adet sekme ile tanımlanabilmiş. Kısa filmi oluşturacak beş fotoğraf karesini İngiliz fotoğrafçı Eadweard Muybrige’in 1887’de çektiği Human and Animal Locomotion serisinden seçerek, filmin her karesi icin gereken DNA moleküllerini sentezlemişler. İlerleyen beş gün içerisinde her gün bir fotoğraflık DNA’yı E.coli bakterisine yüklemişler.  Daha sonra bakterilere yükledikleri filmi bakteriden izole ettikleri DNA’yı dizileyerek geri okuyabilmişler. CRISPR sistemi sunulan her DNA sekmesini sırasıyla genoma işlediğinden, bakteriden alınan DNA dizisi okunduğunda hangi karenin önce hangisinin daha sonra geldiği de kendiliğinden belli olmuş ve film tekrar canlandırılabilmiş.

 

Shipman’ın asıl amacı bu sistemi sadece dışarıdan hücreye girilen verileri kodlamak için değil aynı zamanda hücrelerde zaman içerisinde gerçekleşen değişimleri kaydeden bir kayıt cihazı gibi kullanmak. Bu şekilde, belki ileride bir gün, örneğin hücrelerin sinir sistemimizde nasıl farklı görevler üstlendiğini ve sinir sistemimizin nasıl geliştiğini daha iyi anlayabiliriz.

 

Bu yazıyı yazarken Heidi Ledford’un Nature dergisi için derlediği Lights, camera, CRISPR yazısından esinlendim, yazının orijinalini aşağıdaki linkten okuyabilirsiniz:

https://www.nature.com/news/lights-camera-crispr-biologists-use-gene-editing-to-store-movies-in-dna-1.22288

 

DNA üzerinde veri saklama konusu ile ilgili daha fazla detay için ise aşağıdaki linke bakmanızı öneririm:

http://www.sciencemag.org/news/2017/03/dna-could-store-all-worlds-data-one-room

 

Yazar:  Andım Stassen

 

Editör: Uğur Parlatan

 

Kaynakça:

 

Shipman, S. L.Nivala, J.Macklis, J. D. & Church, G. M. Nature (2017)

Silas, S., et al., Science 351: aad4234 (2017).