DNA dünyanın en yoğun hard diski mi?

Seattle'da bir üniversite binasının bodrum katında, tezgâhın üstünde küçük bir cam tüp duruyor. İçine baktığında görebileceğin tek şey, dibe yapışmış bir tutam beyaz toz. Sanki biri tüpün içinde bir tutam tuzu kurutup unutmuş. Oysa o tozun içinde OK Go grubunun yüksek çözünürlüklü bir klibi, Tolstoy'un Savaş ve Barış'ı da dahil Project Gutenberg'in en sevilen yüz kitabı, yüzden fazla dile çevrilmiş İnsan Hakları Evrensel Beyannamesi ve küresel bir tohum bankasının veri tabanı var. Toplam 200 megabayt. 2016'da Microsoft ile Washington Üniversitesi'nin araştırmacıları bütün bunları o toz tanelerinin içine yazdı, sonra da tek bir hata bile yapmadan geri okudu.¹

Buradaki "toz" aslında sentetik DNA. Yani senin her hücrende bulunan, göz rengini ve burun şeklini taşıyan molekülün laboratuvarda üretilmiş hali. Doğa bu molekülü yaklaşık dört milyar yıldır bilgi saklamak için kullanıyor; bilgisayar bilimciler ise son on beş yılda ona bambaşka bir gözle bakmaya başladı. Çünkü elimizdeki hiçbir teknoloji, veriyi DNA kadar sıkı paketleyemiyor.

Dört harfli alfabe

Fikrin özü şaşırtıcı derecede basit. Bilgisayardaki her dosya, en dipte sıfırlardan ve birlerden oluşur. DNA'nın da kendi alfabesi var: A, C, G ve T harfleriyle gösterilen dört ayrı molekül parçası. Sıfırları ve birleri bu dört harfe çevirirsen, herhangi bir dosyayı DNA dizisi olarak yazabilirsin. Sonra bir sentez şirketi bu diziyi gerçek moleküle dönüştürür ve sana postayla, içinde gözle zor görünür bir kalıntı olan bir tüp gönderir. Okumak istediğinde ise iş tersine döner: DNA dizileme cihazı harfleri okur, bir yazılım da onları yeniden sıfırlara ve birlere çevirir.

Bu çevirinin gücü, molekülün küçüklüğünde saklı. 2017'de Columbia Üniversitesi'nden Yaniv Erlich ve New York Genom Merkezi'nden Dina Zielinski, "DNA Çeşmesi" adını verdikleri bir kodlama yöntemiyle bir gram DNA'ya 215 petabayt, yani 215 milyon gigabayt veri sığdırılabileceğini gösterdi.² Bu sayının büyüklüğünü hissetmek zor, o yüzden somutlaştıralım: telefonunda 256 gigabaytlık bir hafıza varsa, bir gram DNA senin telefonundan sekiz yüz binden fazlasını taşıyor demektir. Başka bir kıyas: CERN'ün o yıllarda yüz kaset sürücüye yayılmış dev fizik arşivinin tamamı, hesaplamalara göre 41 gram DNA'ya sığıyordu.³ Bir avuç.

Bir bira masasında başlayan yarış

İşin modern tarihi 2012'de başlıyor. Harvard'lı genetikçi George Church, kendi yazdığı kitabı 5,27 megabitlik bir DNA arşivine çevirdi ve yeni nesil dizileme cihazlarıyla geri okudu. Bu, o güne kadar DNA'ya yazılmış en büyük insan yapımı veriydi.⁴ Aynı dönemde, İngiltere'de iki biyoinformatikçi, Nick Goldman ve Ewan Birney, bir pub masasında bira içerken aynı soruna kafa yoruyordu: laboratuvarlarına yağan genom verisini saklamanın maliyeti çığ gibi büyüyordu ve klasik disklerle bu işin sonu görünmüyordu. Peki verinin kendisini, verinin konusu olan moleküle yazsalar?

Peçeteye karalanan fikir 2013'te Nature'da yayımlanan bir çalışmaya dönüştü. Goldman'ın ekibi Shakespeare'in 154 sonesinin tamamını, Martin Luther King'in "Bir hayalim var" konuşmasından bir ses kaydını ve ofislerinin bir fotoğrafını DNA'ya yazıp yüzde yüz doğrulukla geri okudu.³ Sonra sıra rekor kırmaya geldi. Erlich ve Zielinski 2017'deki çalışmalarında DNA'ya tam bir bilgisayar işletim sistemi, tarihin ilk filmlerinden olan 1895 yapımı "Trenin La Ciotat Garına Girişi", 50 dolarlık bir Amazon hediye çeki ve bilinçli olarak eklenmiş bir bilgisayar virüsü kaydetti. Hepsi kusursuz biçimde geri geldi; hediye çeki bile kullanılabilir durumdaydı.²

Bu deneylerin en tuhafı ise Harvard'dan geldi. 2017'de Seth Shipman ve George Church'ün ekibi, CRISPR gen düzenleme sistemini kullanarak bir filmi sentetik DNA'ya değil, canlı bakterilerin genomuna gömdü. Seçtikleri görüntü de manidardı: fotoğrafçı Eadweard Muybridge'in 1870'lerde çektiği, sinemanın atası sayılan dörtnala koşan at kareleri. Bakteriler bölünüp çoğaldıkça filmi de yavrularına kopyaladı; araştırmacılar günler sonra bakterilerin DNA'sını dizileyip atı yeniden koşturdu.⁵ Yani veri, kelimenin gerçek anlamıyla yaşayan bir arşivde saklandı.

Binlerce yıl dayanan arşiv

Yoğunluk, DNA'nın tek kozu değil. İkinci kozu zaman. Sabit diskler ortalama beş yılda arıza vermeye başlar; veri merkezlerinin bel kemiği olan manyetik bantlar bile on, bilemedin otuz yılda bir yenilenmek zorundadır. Elindeki eski CD'leri düşün: yirmi yıl önce yazdıklarının bir kısmı bugün muhtemelen okunmuyor. DNA ise bambaşka bir ligde oynuyor. 2013'te bilim insanları, Kanada'nın Yukon bölgesindeki donmuş toprakta bulunan yaklaşık 700 bin yıllık bir at kemiğinden genomun taslağını çıkarmayı başardı. Bu, o güne kadar okunmuş en eski genomdu.⁶ Kimse o kemiği arşivlemek için özel bir çaba göstermemişti; molekül, buzun içinde kendi kendine dayandı.

Laboratuvar koşullarında bu dayanıklılık daha da ileri götürülebiliyor. Zürih'teki ETH'den Robert Grass ve ekibi 2015'te DNA'yı camsı silika kürelerin içine hapsetti; bir tür sentetik fosil üretti. Hızlandırılmış yaşlandırma testleri, bu şekilde paketlenen verinin Orta Avrupa ikliminde iki bin yıl, daha soğuk koşullarda binlerce yıl boyunca hatasız okunabileceğini gösterdi.⁷ Üstelik DNA'nın formatı asla eskimiyor. Disket okuyucular, VHS oynatıcılar ve bir gün mutlaka USB girişleri tarihe karışacak; ama insanlık DNA okumayı bırakamaz, çünkü DNA bizim kendi kullanım kılavuzumuz. Bin yıl sonraki bir uygarlık bile o tozun içinde bir mesaj olduğunu anlayıp okuyabilir.

Peki neden hâlâ cebimizde DNA yok?

Bu noktada haklı bir soru geliyor: madem bu kadar iyi, neden bilgisayarımda hâlâ dönen bir disk var? Cevap tek kelime: maliyet. DNA'ya veri yazmak, yani molekülü harf harf sentezlemek, hâlâ pahalı bir kimya işi. Microsoft'un 200 megabaytlık deneyi için yaklaşık 1,5 milyar DNA harfi üretmek gerekti ve o dönemde ticari sentezin harfi birkaç sentten başlıyordu.¹ Kabaca bir hesapla, birkaç fotoğraflık bir arşiv için bile araba parası ödeyebilirdin. Okuma tarafı genom devrimi sayesinde ucuzladı ama yazma tarafı henüz o kırılmayı yaşamadı.

Hız da ayrı bir dert. Sabit diskin verini milisaniyeler içinde getirir; DNA arşivinden bir dosya çekmek ise tüpü açmayı, ilgili dizileri kimyasal olarak çoğaltmayı ve dizileme cihazında saatler geçirmeyi gerektirir. Bu yüzden kimse DNA'yı oyun bilgisayarına takmayı düşünmüyor. Hedef başka: "soğuk veri" denilen, yazıldıktan sonra nadiren açılan ama asla silinemeyecek arşivler. Devlet kayıtları, hastane arşivleri, film stüdyolarının kasaları, bilimsel veri setleri. Bugün bu veriler iklimlendirilmiş dev depolarda, elektrik yutan sunucularda tutuluyor ve birkaç yılda bir taze donanıma kopyalanıyor. DNA aynı işi bir kasadaki birkaç tüple, neredeyse sıfır elektrikle görebilir.

Sentez maliyetleri de genomik teknolojilerin izinden gidiyor; alandaki hesaplamalar, yazma maliyetinin elektronikteki gelişmeden kat kat hızlı düştüğünü gösteriyor.⁴ Goldman'ın 2013'teki öngörüsü, on yıl içinde DNA'nın elli yıllık arşivler için ekonomik hale geleceğiydi; bugün Microsoft'tan Twist Bioscience'a kadar bir dizi şirket ve üniversite, tam otomatik DNA arşiv sistemleri üstünde çalışıyor. İlk gerçek müşterilerin ulusal arşivler ve veri devleri olması bekleniyor.

İnsanlığın veri taşkınına bulduğu en umut verici çare, dört milyar yıldır test edilen bir molekül: hayatın kendi hard diski. bu yazının tek cümlelik özeti

Belki en güzel tarafı da şu: bu hikâyede yeni bir şey icat edilmiyor. İnsanlık uzun süre bilgiyi taşa, sonra parşömene, sonra manyetik tozlara ve ışıkla oyulmuş plastiğe emanet etti. Şimdi dönüp doğanın en başından beri kullandığı formata bakıyoruz. Sen bu cümleyi okurken, hücrelerindeki DNA senin yapım bilgini kopyalamakla meşgul; aynı molekül bir gün torunlarının torunlarına aile albümünü, şehir arşivlerini, belki bu yazıyı taşıyacak. Tüpün dibindeki o silik beyaz leke, göründüğünden çok daha kalabalık.