Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Veri depolama ve hesaplama için DNA kullanan yeni bir teknoloji, NC State ve Johns Hopkins'ten araştırmacılar tarafından ortaya çıkarıldı. Bu yenilikçi yaklaşım, veri yoğunluğunu ve depolama ömrünü artırmak için dendrikolloidler oluşturmayı ve moleküler hesaplamanın geleceğine giden yolu açmayı içeriyor.
The Next Frontier: DNA Emerges as a Powerhouse for Data Storage and Computing
NC State ve Johns Hopkins'ten araştırmacılar, veri depolama ve hesaplama için DNA'dan yararlanan, veri depolama, alma, hesaplama ve yeniden yazma gibi yetenekler sunan çığır açıcı bir teknoloji geliştirdiler.
DNA Veri Depolama Bilgisayar Sanat Konsepti (Sanatçının konsepti.) Kaynak: SciTechDaily.com
Bu teknoloji, dendrikolloidler adı verilen yenilikçi polimer yapıları sayesinde uygulanabilir hale getirilerek veri yoğunluğu ve korunması artırılır. Elektronik cihazlara benzer işlevlere olanak tanır ve potansiyel olarak verileri binlerce yıl boyunca güvence altına alabilir ve moleküler hesaplamanın geleceği için umut verici bir temel sağlayabilir.
DNA Veri Depolama ve Hesaplama
Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi ve Johns Hopkins Üniversitesi'nden araştırmacılar, geleneksel elektronikler yerine DNA kullanan bir dizi veri depolama ve bilgi işlem işlevine (verileri tekrar tekrar depolama, alma, hesaplama, silme veya yeniden yazma) sahip bir teknoloji gösterdiler. Önceki DNA veri depolama ve bilgi işlem teknolojileri bu görevlerin bazılarını tamamlayabilirdi ancak hepsini değil.
“Geleneksel bilgi işlem teknolojilerinde, verilerin depolanma biçimlerinin ve işlenme biçimlerinin birbirleriyle uyumlu olduğunu varsayıyoruz,” diyor proje lideri Albert Keung, çalışmayla ilgili makalenin eş-yazışma yazarı. “Ancak gerçekte, veri depolama ve veri işleme bilgisayarın ayrı bölümlerinde yapılır ve modern bilgisayarlar karmaşık teknolojilerin bir ağıdır.” diyor, NC State'te kimya ve biyomoleküler mühendisliği doçenti ve Goodnight Seçkin Bilim İnsanı Keung.
Keung, "DNA bilişimi, veriler nükleik asitler biçiminde depolandığında nasıl depolanacağı, geri alınacağı ve hesaplanacağı zorluğuyla boğuşuyor," diyor. "Elektronik bilişim için, bir cihazın tüm bileşenlerinin uyumlu olması, bu teknolojilerin çekici olmasının nedenlerinden biridir. Ancak bugüne kadar, DNA veri depolamasının uzun vadeli veri depolama için yararlı olabileceği düşünülürken, geleneksel elektronik cihazlarda bulunan tüm işlem yelpazesini kapsayan bir DNA teknolojisi geliştirmenin zor veya imkansız olacağı düşünülüyordu: verileri depolama ve taşıma; belirli veri dosyalarını okuma, silme, yeniden yazma, yeniden yükleme veya hesaplama yeteneği; ve tüm bunları programlanabilir ve tekrarlanabilir şekillerde yapma."
DNA Tabanlı Teknolojide Çığır Açan Gelişme
"DNA tabanlı teknolojilerin uygulanabilir olduğunu gösterdik, çünkü biz bir tane ürettik."
Yeni teknoloji, benzersiz morfolojilere sahip yumuşak polimer malzemelerin üretilmesini sağlayan son teknikler sayesinde mümkün hale geldi.
“Özellikle, dendrikolloidler adını verdiğimiz polimer yapılar oluşturduk; bunlar mikroskobik ölçekte başlıyor, ancak nanometre ölçeğinde liflerden oluşan bir ağ oluşturmak için hiyerarşik bir şekilde birbirlerinden ayrılıyor,” diyor eş-yazışma yazarı ve NC State'te S. Frank ve Doris Culberson Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Seçkin Profesörü Orlin Velev. “Bu morfoloji, DNA'yı ilk etapta veri depolama için çekici kılan veri yoğunluğundan ödün vermeden nanofibriller arasına DNA yerleştirmemize olanak tanıyan yüksek yüzey alanına sahip bir yapı üretiyor.”
Keung, "Bir kalem silgisi büyüklüğündeki DNA tabanlı depolama alanına binlerce dizüstü bilgisayara yetecek kadar veri sığdırabilirsiniz" diyor.
Yenilikçi Fonksiyonlar ve Pratik Uygulamalar
Makalenin ilk yazarı ve NC State'te eski bir doktora öğrencisi olan Kevin Lin, "DNA bilgilerini depolandığı nanofiberlerden ayırt edebilme yeteneği, elektronik cihazlarla yapabileceğiniz birçok işlevi gerçekleştirmemizi sağlıyor" diyor. "DNA bilgilerini, DNA'ya zarar vermeden doğrudan malzemenin yüzeyinden kopyalayabiliriz. Ayrıca, hedeflenen DNA parçalarını silebilir ve daha sonra sabit sürücüde depolanan bilgileri silmek ve yeniden yazmak gibi aynı yüzeye yeniden yazabiliriz. Temelde, DNA veri depolama ve hesaplama işlevlerinin tam aralığını yürütmemizi sağlar. Ayrıca, dendrikolloid malzemeye DNA yerleştirdiğimizde, malzemenin DNA'yı korumaya yardımcı olduğunu bulduk."
“Keung'un ekibinin mikro devrelerin eşdeğerini sağladığını ve ekibimin oluşturduğu dendrikolloidal malzemenin devre kartını sağladığını söyleyebilirsiniz,” diyor Velev. “NC State işbirlikçimiz Adriana San Miguel, nükleik asitlerin ve reaktiflerin akışını yönlendiren mikroakışkan kanallara malzemeleri dahil etmemize yardımcı oldu ve bu sayede verileri taşıyabildik ve hesaplama komutları başlatabildik. Winston Timp'in Johns Hopkins'teki laboratuvarı, malzemenin yüzeyindeki DNA'dan kopyaladıktan sonra verileri doğrudan RNA'da okumamıza yardımcı olan nanopore dizileme konusundaki uzmanlıklarını sundu . Ve James Tuck'ın laboratuvarı - yine burada NC State'te - olası hataları kontrol ederken verileri nükleik asit dizilerine ve tam tersine dönüştürmemize olanak tanıyan algoritmalar geliştirdi .”
Gelecek Beklentileri ve Etkileri
Araştırmacılar, "ilkel DNA depolama ve hesaplama motoru" adını verdikleri yeni veri depolama ve hesaplama teknolojisinin basit sudoku ve satranç problemlerini çözebileceğini gösterdiler. Ve testler, ticari olarak erişilebilir alanlarda bilgi depolayan DNA'yı bozmadan binlerce yıl boyunca verileri güvenli bir şekilde depolayabileceğini gösteriyor.
Velev, "Üstelik dendrokolloidal konak materyalinin kendisi de nispeten ucuz ve üretimi kolaydır" diyor.
Keung, "Moleküler veri depolama ve hesaplama konusunda çok fazla heyecan var, ancak bu alanın ne kadar pratik olabileceği konusunda önemli sorular var," diyor. "Hesaplamanın tarihine ve ENIAC'ın yaratılmasının bu alana nasıl ilham verdiğine baktık. Moleküler hesaplama alanına ilham verecek bir şey geliştirmek istedik. Ve burada yaptığımız şeyin bu yönde bir adım olmasını umuyoruz."
Makalenin ortak yazarları arasında NC State'te eski doktora öğrencileri olan Kevin Volkel ve Andrew Clark; NC State'te doktora öğrencileri olan Cyrus Cao ve Rachel Polak; NC State'te kimya ve biyomoleküler mühendisliği doçenti Adriana San Miguel; NC State'te elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü James Tuck; Johns Hopkins Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliği doçenti Winston Timp ve Johns Hopkins'te doktora sonrası araştırmacı olan Paul Hook yer alıyor.
Keung ve Tuck, DNAli Data Technologies'in kurucu ortaklarıdır, bu nedenle DNA tabanlı bilgi sistemlerini çevirme ve ticarileştirme konusunda potansiyel bir ilgiye sahiptirler. Keung, Volkel, Tuck ve Lin, DNAli Data Technologies'e lisanslanmış ve bu çalışmanın bir kısmının türetildiği WO 2020/096679 patent başvurusunun mucitleridir.
Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı'nın 2027655 ve 1901324 numaralı hibe desteğiyle yürütülmüştür.
Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi, 22 Ağustos 2024, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 09.10.2024, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: “Bir Primordial DNA Depolama ve Hesaplama Motoru” 22 Ağustos 2024, Nature Nanotechnology . DOI: 10.1038/s41565-024-01771-6
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.