Num mundo orientado por dados, criar centros que possam armazenar de forma barata, rápida e eficiente
sistema de armazenamento de DNAsoa como ficção científica. Mas essas soluções já foram implementadas. É verdade, até agora principalmente para fins de pesquisa e para armazenar dados de arquivo que não precisam ser usados com frequência. A principal limitação para trabalhar com DNA é a dificuldade com acesso paralelo rápido a um grande número de arquivos e erros de leitura e gravação.
Uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveutecnologia que pode eliminar as deficiências existentes. Um dos autores do estudo, publicado na revista Nature, está confiante de que, usando a solução proposta dentro de 5 a 10 anos, data centers completos baseados em DNA se tornarão realidade.
DNA como um sistema de armazenamento de dados
A ideia de usar fitas de DNA para armazenar dadosdiscutido por décadas. Em 1988, os pesquisadores de Harvard e o artista Joe Davies codificaram uma imagem de 5 por 7 pixels de uma antiga runa germânica (35 bits de informação no total) no DNA incluído em uma bactéria E. coli. Mas este exemplo foi apenas uma demonstração de possibilidades futuras: a tecnologia era muito cara e complexa.
Tecnicamente, o armazenamento de dados no DNA tornou-se possível,quando, em 2011, pesquisadores de Harvard desenvolveram uma tecnologia para síntese controlada de DNA. Mais pesquisas nesta área reduziram muito o custo e aumentaram a velocidade de criação de DNA sintético que contém as sequências de DNA desejadas.
Para armazenar informações no DNA em vez do habitual 0e 1, que são utilizados para codificar dados, podem ser utilizados os pares de bases “adenina - timina” e “citosina – guanina”. No laboratório, as bases são combinadas em uma ordem específica para formar fitas sintéticas de DNA.
Benefícios do DNA
Armazenar dados no DNA tem muitas vantagens.Por exemplo, um arquivo de DNA não ocupa muito espaço: devido à alta densidade da molécula, cada nucleotídeo, equivalente a dois bits, tem cerca de 1 nm³. E um exabyte de dados (1.000.000 TB) armazenado como DNA cabe na palma da sua mão. O DNA também é extremamente estável - a descoberta de um código genético preservado nos fósseis de microrganismos e animais antigos é um excelente exemplo disso. Além disso, esta tecnologia não requer custos significativos de energia.
O problema é que se nas perguntasComo as soluções existentes funcionam bem o suficiente para gravar dados (embora permaneçam relativamente caras), começam a surgir problemas com a leitura. O método de acesso aleatório PCR atualmente usado para leitura está sujeito a um grande número de erros. Os sistemas só podem ler um arquivo por vez e a qualidade dos dados é severamente degradada a cada leitura.
O processo de leitura funciona da seguinte forma:Cada arquivo de dados no DNA inclui uma sequência que se liga a um primer específico. Usando a reação em cadeia da polimerase (PCR), os pesquisadores iniciam o processo de síntese de milhões de cópias do fragmento desejado.
O mesmo princípio funciona, por exemplo,teste de coronavírus: sob a influência de um determinado primer sintético, uma reação em cadeia é iniciada e até mesmo uma pequena quantidade de DNA do vírus torna-se detectável. O problema é que a leitura de vários arquivos separados exige que vários primers funcionem ao mesmo tempo, o que leva a muitos erros no processo de cópia e à destruição do DNA original.
Tecnologia escalável
Uma equipe internacional de pesquisadores propõeo método que eles acreditam que superará essas limitações é a PCR fixada por calor. Os cientistas criaram microcápsulas de proteínas e polímeros que atuam como arquivos separados de DNA. Cada uma dessas cápsulas está associada a um arquivo de dados. Além disso, são concebidos de modo a que, quando uma pluralidade de microcápsulas são aquecidas a temperaturas superiores a 50°C, cada uma destas cápsulas é selada.
Isso permite que o processo de PCR leiaocorrem independentemente em cada cápsula, deixando muito pouco espaço para erros. Quando a temperatura normaliza, o arquivo original permanece anexado à cápsula e os arquivos copiados saem dela. Isso evita que os dados originais e o DNA sejam corrompidos.
Os geneticistas usaram sua nova abordagem paraleitura simultânea de 25 arquivos armazenados no DNA dividido. Os resultados foram positivos e inesperados. Em média, com cápsulas térmicas, a perda de leitura é de 0,3% após três leituras, em comparação com 35% com o método atual.
Microcápsulas coradas com marcadores fluorescentes. Imagem: Tom de Greef
A segunda “inovação” - pintada com especialcatálogo marcado. Cada arquivo recebe um rótulo fluorescente e cada cápsula recebe uma cor diferente. Um dispositivo especial pode então reconhecer cores e separá-las umas das outras para facilitar a classificação e a pesquisa de informações em um grande repositório.
Os autores da tecnologia estão confiantes de que essas inovaçõeso suficiente para criar um centro de dados baseado em DNA completo. “Em uma parte do prédio, novos arquivos serão codificados por meio da síntese de DNA. O outro conterá grandes campos de cápsulas, cada um com um arquivo separado. O braço robótico vai retirar a cápsula, ler o seu conteúdo e colocá-la de volta”, diz um dos autores do estudo. A questão é pequena: esperar até que o custo da síntese do DNA seja reduzido ainda mais, e para isso uma década é suficiente, os cientistas têm certeza.
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