Cientistas criam tecnologia que usa modelo do DNA para armazenar dados

Pelo menos 149 zetabytes foram criados, capturados, copiados ou consumidos em 2024 — uma quantidade inimaginável há algumas décadas. A projeção é que esse número mais que dobre até 2028, segundo dados da Statista. 

Para lidar com o crescimento exponencial da produção e consumo de informações, cientistas do mundo todo estão em uma corrida para encontrar soluções de armazenamento mais eficazes e sustentáveis.

Uma das ideias mais promissoras vem da biologia: o uso do DNA, molécula que carrega as instruções genéticas de todos os seres vivos, como modelo para desenvolver uma tecnologia de revolucionária de arquivamento. 

Um estudo recente, publicado na revista científica Nature, apresentou uma abordagem inédita baseada na epigenética, que promete gravar informações de maneira mais rápida, econômica e estável do que os métodos tradicionais.

Como o DNA serve de modelo para o armazenamento de dados

O DNA é conhecido por sua grande capacidade de guardar dados de forma compacta e duradoura: um grama dessa molécula pode conter até um trilhão de gigabytes de informações, mantendo-as intactas por milhares de anos quando preservadas em condições adequadas.

A ideia de usar o DNA como um depósito digital foi proposta pela primeira vez na década de 1950 pelo físico Richard Feynman.

Décadas depois, em 2012, a equipe do geneticista George Church, da Universidade de Harvard, conseguiu codificar um livro de 53,4 mil palavras no DNA, provando que o conceito era viável.

No entanto, o método utilizado, chamado de síntese de novo, adiciona nucleotídeos — as letras do DNA: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C) — um a um para criar sequências que representam dados binários (0s e 1s). 

Esse processo é caro, demorado e propenso a erros, o que limita sua aplicação em larga escala: apenas 1 bit (ou um oitavo de byte) por nucleotídeo pode ser adicionado à sequência.

Importante ressaltar que a tecnologia não utiliza o DNA de uma pessoa para o armazenamento, mas sim moléculas produzidas em laboratório, projetadas exclusivamente para essa finalidade.

Nova técnica é baseada na epigenética

Para superar as limitações da síntese de novo, uma equipe de pesquisadores da China, Alemanha e Estados Unidos desenvolveu um método inovador que utiliza a epigenética — ramo da ciência que estuda modificações químicas no DNA sem alteração de sua sequência, mas que afetam sua funcionalidade.

O sistema criado pelos cientistas grava dados por meio de um processo chamado metilação – a adição de pequenos grupos químicos chamados metil a determinados nucleotídeos do DNA. Essas alterações, conhecidas como epi-bits, representam os 0s e 1s do código binário.

Para isso, os pesquisadores usaram templates universais de DNA e fragmentos complementares chamados tipos móveis – que funcionam como peças de tipografia que se encaixam nos templates, permitindo que os dados sejam gravados de forma precisa.

A enzima DNMT1, que naturalmente realiza metilação no DNA em organismos vivos, foi adaptada para imprimir os padrões de metilação de maneira programada, transformando o DNA em uma espécie de “fita de dados”.

Avanços e resultados do estudo

Nos experimentos, os cientistas conseguiram gravar cerca de 350 bits por reação – número bem superior ao único bit da técnica de síntese de novo.

Além do volume maior, essa tecnologia é capaz de gravar dados de forma paralela, ou seja, múltiplos pontos do DNA podem ser modificados simultaneamente. Isso contrasta com o método tradicional, que grava dados de forma sequencial, tornando o processo mais lento.

Os dados foram recuperados com alta precisão por meio do sequenciamento de nanopore, uma tecnologia capaz de detectar mudanças químicas no DNA e traduzir os padrões de metilação em informações digitais.

Além disso, os cientistas demonstraram que os epi-bits eram estáveis mesmo sob condições adversas, como aquecimento. 

Em um teste chamado iDNAdrive, 60 voluntários sem experiência em laboratório utilizaram o sistema para gravar dados com sucesso, provando que a técnica é acessível e pode ser aplicada em ambientes descentralizados.

Nesse sentido, a nova técnica de mostra mais eficiente, veloz, seguro e sustentável.

Novos desafios

Apesar dos avanços, ainda existem barreiras para que a tecnologia baseada em epigenética seja amplamente adotada.

Uma delas é aprimorar os algoritmos que detectam os padrões de metilação, aumentando a precisão e eficiência do processo. Outro ponto é o custo inicial dos equipamentos necessários, como as plataformas de sequenciamento de nanopore, que ainda são caras.

Mesmo assim, os resultados do estudo são promissores e apontam para um futuro onde o DNA pode ser usado para atender às crescentes demandas de dados globais, com potencial de escalabilidade para aplicações em larga escala.

Fonte: CNN