Como cientistas querem usar DNA para armazenar dados - BBC News Brasil

• Paul Rincon - @rincon_p
• Editor de ciência da BBC News

7 dezembro 2021

Crédito, Science Photo Library

Cientistas afirmam que deram um passo importante rumo ao armazenamento de informações na forma de moléculas de DNA, que são mais compactas e duráveis que outros meios de armazenamento.

Os discos rígidos magnéticos que usamos atualmente para armazenar dados de computador podem ocupar muito espaço - e precisam ser substituídos ao longo do tempo.

O uso do meio de armazenagem preferido dos organismos vivos como backup dos nossos preciosos dados permitiria arquivar imensas quantidades de informação em moléculas minúsculas. Esses dados durariam milhares de anos, segundo os cientistas.

Uma equipe em Atlanta, nos Estados Unidos, acaba de desenvolver um chip que, segundo eles, poderá multiplicar por 100 a qualidade das formas existentes de armazenamento em DNA.

"A quantidade de funções do nosso novo chip já é [cerca de] 100 vezes maior que os dispositivos comerciais atuais", segundo informou à BBC News o pesquisador do Instituto de Pesquisas Tecnológicas da Geórgia (GTRI, na sigla em inglês) Nicholas Guise. "Depois que adicionarmos todos os controles eletrônicos - o que faremos no próximo ano do programa -, esperamos aprimorar em cerca de 100 vezes a tecnologia existente de armazenamento de dados em DNA".

A tecnologia funciona com o cultivo de fitas de DNA exclusivas, um bloco de cada vez. Esses blocos de construção são conhecidos como bases - quatro unidades químicas distintas que compõem a molécula de DNA. São elas: adenina, citosina, guanina e timina.

Crédito, Sean McNeil

As bases podem então ser utilizadas para codificar informações, de forma análoga às sequências de 1 e 0 (código binário) que armazenam dados na computação tradicional.

Existem diversas formas possíveis de armazenar essas informações em DNA. O zero do código binário, por exemplo, pode ser representado pelas bases adenina ou citosina e o 1 pode ser representado por guanina ou timina. Ou um e zero poderão ser mapeados com apenas duas das quatro bases.

Cientistas afirmam que, formatados em DNA, todos os filmes já produzidos poderão ocupar um volume menor que um cubo de gelo.

Com toda essa confiabilidade e compactação, não surpreende o amplo interesse despertado pelo DNA para que se torne o próximo meio de arquivo de dados que precisam ser mantidos indefinidamente.

As estruturas do chip utilizado para cultivar o DNA são chamadas de microcavidades e têm apenas algumas centenas de nanômetros de profundidade - menos que a espessura de uma folha de papel.

O protótipo atual do microchip é um quadrado com cerca de 2,5 cm que possui numerosas microcavidades, permitindo que várias fitas de DNA sejam sintetizadas paralelamente. Isso permitirá o cultivo de quantidades maiores de DNA em espaço de tempo mais curto.

Como se trata de um protótipo, nem todas as microcavidades estão conectadas. Isso significa que a quantidade total de dados que pode ser armazenada em DNA com esse chip específico atualmente é menor que a que podem produzir as principais empresas de síntese em chips comerciais.

Mas Guise explica que essa situação mudará quando tudo estiver concluído. O recorde atual de armazenamento de dados digitais em DNA é de cerca de 200 MB, em que cada síntese isolada leva cerca de 24 horas para ser concretizada. A nova tecnologia poderá escrever 100 vezes mais dados em DNA no mesmo período de tempo.

O alto custo atual do armazenamento em DNA restringiu a tecnologia a clientes muito específicos, como os que procuram arquivar informações em cápsulas do tempo. Mas a equipe do GTRI acredita que o seu trabalho poderá ajudar a diluir esse custo.

O instituto formou parcerias com duas companhias de biotecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, para elaborar uma demonstração comercialmente viável dessa tecnologia: a Twist Bioscience e a Roswell Biotechnologies.

Crédito, Sean McNeil

Inicialmente, a armazenagem de dados em DNA não irá substituir as torres de servidores existentes para oferecer acesso rápido e frequente às informações. Devido ao tempo necessário para leitura das sequências, essa técnica seria mais útil para informações que precisam ser mantidas disponíveis por longos períodos, mas que são acessadas apenas ocasionalmente.

Atualmente, esse tipo de dados é armazenado em fitas magnéticas que devem ser substituídas a cada cerca de 10 anos. Mas, com DNA, "desde que mantidos sob temperatura suficientemente baixa, os dados sobreviverão por milhares de anos, de forma que seu custo de propriedade cai a quase zero", explica Guise.

"Muito dinheiro é gasto para escrever o DNA no princípio e para ler o DNA, na outra ponta. Se pudermos tornar o custo dessa tecnologia competitivo com o custo de registrar os dados magneticamente, o custo de armazenamento e manutenção das informações em DNA ao longo de tantos anos deverá ser inferior", afirma ele.

O armazenamento em DNA tem uma taxa de erro mais alta que o armazenamento convencional em discos rígidos. Em colaboração com a Universidade de Washington, nos Estados Unidos, os pesquisadores do GTRI criaram uma forma de identificar e corrigir esses erros.

O trabalho conta com o apoio da organização governamental norte-americana Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA), que incentiva a ciência dirigida à solução de desafios relevantes para a comunidade norte-americana de inteligência.

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