Genlərdən Kodlara: DNA proqramlamanın gələcəyi

Biologiya ilə Rəqəmsal Aləmin Kəsişməsi: DNA Proqramlama İnqilabı

DNA proqramlar dedikdə, bioloji proseslərdə olan prinsiplərə əsaslanaraq proqramlaşdırma aparılması və ya genetik məlumatın kompüter elmlərinə tətbiqi nəzərdə tutulur. Bu anlayış bir neçə fərqli sahəni əhatə edə bilər. Məsələn, onlardan biri DNA hesablamadır (DNA Computing). Bu, DNA-nın kimyəvi xüsusiyyətlərindən istifadə etməklə məlumatın emal edilməsini nəzərdə tutur. Sözügedən texnologiya ilə molekulyar səviyyədə riyazi və ya məntiqi məsələlər həll olunur. Nümunə kimi məlumatların saxlanmasını, paralel hesablama imkanlarının artırılmasını və ya genetik şifrələrin həllini göstərə bilərik. Maraqlıdır ki, məlumat saxlama üçün DNA qeyri-adi davamlılığa malikdir və yüz minlərlə il saxlanıla bilər. Hesab edilir ki, çox yaxın gələcəkdə "Bioloji Hard Disk" olaraq adlandırılan DNA yaddaşı ənənəvi sərt diskləri əvəz edə bilər.

DNA proqramlarının əhatə etdiyi digər sahə genetik mühəndislikdir. Belə ki, bu sahədə genetik kodlar proqramlaşdırılır. Məsələn, genetik ardıcıllıqların manipulyasiyası ilə yeni orqanizmlərin yaradılması, xəstəliklərin qarşısını almaq üçün genetik modifikasiyalar, bioloji sistemlərin yenidən dizayn edilməsi və s. Hazırda tibbdə proqramlaşdırılmış DNA nanorobotları "CRISPR" texnologiyası ilə xərçəng hüceyrələrini hədəf alan bilir. Bu qeyri-adi səslənə bilər. Lakin unudulmamalıdır ki, bu texnologiyadan istifadə olunmaqla yaxın keçmişimizdə COVID-19 peyvəndləri hazırlanmışdır. Təsadüfi deyil ki, RNA əsaslı peyvəndlər (məsələn, Pfizer və Moderna) bu texnologiyadan ilhamlanaraq ixtira olunmuşdur.

DNA proqramları bioinformatika sahəsində də tətbiq edilir. Qeyd edək ki, bioinformatiks DNA və RNA məlumatlarının analiz edilməsi, ardıcıllıqların oxunması və böyük bioloji məlumatların emalı ilə məşğul olan sahədir. Burada xüsusi proqramlar genetik məlumatların təhlili üçün istifadə edilir.

Hazırda DNA-nın yüksək sıxlığa malik olması səbəbilə, genetik material məlumat saxlama üçün də istifadə edilir. Bu texnologiya sayəsində milyonlarla gigabaytlıq məlumat bir neçə mikrogram DNA-da saxlanıla bilir.

Ümumilikdə götürdükdə, DNA proqramlaşdırmanın əsası 1994-cü ildə Kaliforniya Universitetində Leonard Adleman tərəfindən qoyulmuşdur. O, DNA molekullarının kimyəvi reaksiyalarından istifadə edərək hesablama problemlərinin həll edilə biləcəyini göstərmişdir. Onun ilk təcrübəsi Hamiltonian Path Problem adlanan qraf nəzəriyyəsi məsələsini həll etməklə başlamışdır. Bu təcrübə göstərmişdir ki, DNA bir kompüter kimi istifadə edilə bilər və böyük həcmdə məlumat paralel şəkildə emal edilə bilər. Bu yanaşma molekulyar səviyyədə ənənəvi rəqəmsal kompüterlərin limitlərini aşaraq məlumat emalında yeni bir istiqamət açmışdır.

DNA proqramlaşdırmada genetik məlumatın "şifrələnməsi" və biokimyəvi proseslərdən istifadə edilir. Məsələn, DNA-nın kimyəvi strukturu (adenin, sitozin, guanin, timin) riyazi simvollarla əlaqələndirilir. DNA sintezi və amplifikasiyası ilə məlumat işlənir. Məsələnin həlli bioloji reaksiyalar nəticəsində alınır və nəticələr xüsusi alətlərlə oxunur.

Qeyd edək ki, DNA-nın məlumat saxlama qabiliyyəti ağılasımaz dərəcədə yüksəkdir. 1 qram DNA-da təxminən 215 petabayt məlumat saxlamaq mümkündür.

DNA proqramlaşdırma üzrə dünyada bir sıra irəliləyişlər əldə edilmişdir. 2017-ci ildə Microsoft və Washington Universiteti DNA-da məlumat saxlama texnologiyasını sınaqdan keçirmiş və uğurla böyük həcmdə məlumat saxlamağa nail olmuşdur. 2020-ci ildə isə Harvard Universiteti insan genetik kodunun böyük həcmli məlumat saxlanması üçün istifadəsini genişləndirmişdir.

Ayrı-ayrı ölkələrin təcrübəsinə nəzər salsaq, görərik ki, hazırda dünyada molekulyar səviyyədə riyazi və məntiqi məsələləri həll etmək üçün proqramlaşdırılmış DNA əsaslı kompüterlər belə hazırlanır. Məsələn, 2013-cü ildə İsrail alimləri dünyada ilk bioloji DNA kompüterini təqdim etmişdir. Maraq doğuran məqam o idi ki, bu cihaz insan hüceyrələrində işləyə bilirdi.

DNA proqramlaşdırma ilə yeni mikroorqanizmlər yaradıla bilir. Qeyd edək ki, ABŞ və Çin bu sahədə liderdir. Bu ölkələr sintetik bakteriyalar istehsal edərək dərmanlar, bioyakıtlara uyğun texnologiyalar üzərində çalışırlar. ABŞ-da Harvard, MIT, Microsoft kimi qurumlar DNA proqramlaşdırmada ön sıralarda yer alır. Çində isə DNA məlumat bazaları qurulmuşdur və məlumatların genetik analiz vasitəsilə idarə edilməsi üzərində çalışılır.

Bütün bu işlərin nəticəsidir ki, dünya təcrübəsində genetik kodun genişləndirilməsi (Extended Genetic Code) istiqamətində böyük irəliləyişlər əldə edilmişdir.

Bu gün DNA proqramlaşdırma sahəsində Avropa ölkələrində də bir sıra uğurlar əldə olunmuşdur. Məsələn, Böyük Britaniyada Cambridge və Oxford kimi universitetlər bioloji hesablama və genetik proqramlaşdırma sahəsində aparıcı tədqiqatlar aparır. Almaniya isə sintetik biologiya və nanorobot texnologiyalarını inkişaf etdirir. Sözügedən sahədə İsrail və Hindistanda da bir sıra nailiyyətlər qazanılmışdır.

Beləliklə, DNA proqramlaşdırma biologiya, kimya və kompüter elmlərinin kəsişməsində meydana gələn inqilabi bir sahədir.

Tarixi inkişafdan bu günə qədər əldə olunan nailiyyətlər göstərir ki, bu texnologiya həm məlumatın emalında, həm də saxlama sistemlərində ənənəvi yanaşmaları yaxın gələcəkdə kökündən dəyişə bilər. Molekulyar səviyyədə riyazi məsələlərin həlli, genetik xəstəliklərin müalicəsi və hətta yüksək həcmli məlumatların genetik kodda saxlanması DNA-nın gələcəyin texnologiyalarında mühüm yer tutacağını göstərir.