Çalışmalar Advanced Functional Materials ve Nature Communications mecmualarında yayımlandı. Takıma, Moleküler Tasarım ve Biyomimetik Merkezi Yöneticisi Hao Yan liderlik etti; projede elektrik-elektronik ve fizik alanlarından araştırmacılar da yer aldı. Yan’a nazaran onlarca yıldır bilgi teknolojileri silikon temelli ilerledi. Lakin DNA’nın “bilgi platformu” olarak ele alınması, nanoskopik ölçekte bilgi depolama ve güvenliği yine düşünmeyi mümkün kılıyor. 

SİLİKONA ALTERNATİF MOLEKÜL

Dijital bilgi üretimi global ölçekte katlanarak artarken, mevcut depolama teknolojileri fizikî ve güç hudutlarına yaklaşıyor. Birinci çalışmada araştırmacılar, DNA’nın genetik dizilimini okumaya dayanmayan yeni bir depolama formülü geliştirdi. Bunun yerine, DNA’nın fizikî yapısı data ünitesi olarak kullanılıyor.

Bilim insanları, nanoskopik DNA yapıları tasarlayarak her birini somut bir “sembol” üzere kullandı. Bu yapılar küçük bir sensörden geçirilirken, hallerinin oluşturduğu ince elektriksel sinyaller kaydedildi. Akabinde makine öğrenmesi algoritmaları bu sinyalleri tahlil ederek metin ve kısa iletileri yüksek doğrulukla tekrar oluşturdu.

Bu yaklaşımın değerli farkı, klasik DNA data depolama formüllerindeki üzere gen dizilimi okuma sürecine gereksinim duymaması. DNA dizileme çoklukla yavaş ve maliyetli. Yeni sistem ise daha süratli, daha düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir alternatif sunmayı hedefliyor.

DNA’nın data depolama açısından en çarpıcı özelliği, son derece küçük hacimde devasa ölçüde bilgiyi saklayabilmesi ve uzun mühlet bozulmadan kalabilmesi. 2022’de Grönland’daki tortulardan yaklaşık 2 milyon yıllık DNA kesimlerinin çıkarılması, molekülün dayanıklılığına dikkat çekmişti. Bu da DNA’yı uzun vadeli arşivleme için güçlü bir aday haline getiriyor.

MOLEKÜLER ŞİFRELEME DEVRİ

İkinci çalışma ise DNA’nın sırf depolama değil, birebir vakitte şifreleme aracı olarak da kullanılabileceğini gösteriyor. Araştırmacılar bu sefer “DNA origami” olarak bilinen sistemle iki ve üç boyutlu karmaşık DNA yapıları tasarladı. Bilgi, harf yahut bit dizileri halinde değil; bu nanoskopik yapıların desen ve nizamına gömüldü.

Şifreli bilgiyi okumak için harika çözünürlüklü mikroskopi kullanıldı. Tek tek DNA yapılarını yüksek hassasiyetle görüntüleyen sistem, binlerce moleküler deseni tahlil etti. Makine öğrenmesi yazılımı, emsal yapıları gruplayarak özgün bildirisi yine oluşturdu. Gerçek çözümleme çerçevesi olmadan bu desenler anlamsız kalıyor; bu da doğal bir güvenlik katmanı oluşturuyor.

Üç boyutlu DNA yapılarının kullanılması, muhtemel moleküler kod kombinasyonlarını dramatik biçimde artırıyor. Bu da yetkisiz çözümlemeyi çok daha sıkıntı hale getiriyor.

Araştırmacılara nazaran bu iki yaklaşım bir ortaya geldiğinde DNA, hem ultra ağır depolama ortamı hem de moleküler seviyede şifreleme platformu olarak fonksiyon görebilir. Bilhassa çok sıcaklık, radyasyon yahut uzun müddetli müdafaa gerektiren ortamlarda klasik elektronik sistemlerin zorlandığı senaryolarda avantaj sağlayabilir.