Em vez de memória flash, dados poderão ser armazenados em DNA

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Todos os dias, a humanidade produz cerca de 2,5 quintilhões de bytes e, para essa montanha de dados digitais ser armazenada, depende-se tanto da memória flash como, indiretamente, de silício – mas o suprimento desse componente será insuficiente para suprir a demanda em menos de 2 décadas. Então, qual é a solução para isso? Segundo pesquisadores da Universidade Estadual Boise, guardar os dados em DNA.

“Nosso protótipo armazena informações em fitas de DNA espaçadas em cerca de dez nanômetros – isso corresponde a um milésimo do diâmetro de um cabelo humano”, disse, em um artigo para o site The Conversation, o cientista e engenheiro de materiais Will Hughes, cuja equipe de pesquisa projeta, constrói e testa materiais, memória e máquinas feitas de biomoléculas.

Publicada na revista Nature com o nome de Memória Digital de Ácido Nucleico (dNAM), a técnica usa o código quaternário de DNA – os nucleotídeos adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G) – para codificar informações. Segundo os autores do estudo, todos os dados digitais do planeta produzidos por dia poderiam ser armazenados em apenas 20 gramas de DNA.

Origami

“Sempre pensamos nele como repositório de informações genéticas, mas sabemos o bastante de sua biologia molecular para manipulá-lo e usá-lo como um data center”, disse em comunicado o biólogo e cientista de materiais George Dickinson, coautor da pesquisa.

O processo usa a fita simples do DNA de um bacteriófago (vírus que parasitam bactérias), programando-a para se dobrar, para a frente e para trás, por meio de um processo chamado "origami de DNA". O resultado é um retângulo com 48 pontos de conexão, tal qual uma placa perfurada – cada “furo” é um possível ponto de ligação com outras fitas simples de DNA.

Uma nanoestrutura de origami pronta (à esquerda) e com as fitas de dados (à direita).Uma nanoestrutura de origami pronta (à esquerda) e com as fitas de dados (à direita).Fonte:  Nucleic Acid Memory Institute/Boise State University/Divulgação 

Esses espaços são traduzidos como um; aqueles onde não há nenhuma fita de DNA conectada são lidos como zero. Tal qual um código binário, a mensagem codificada descrita no estudo é “Os dados estão em nosso DNA!”.

No DNA dobrado, o preenchimento ou não dos espaços por outras biomoléculas codifica 1 (branco) ou 0 (cinza).No DNA dobrado, o preenchimento ou não dos espaços por outras biomoléculas codifica 1 (branco) ou 0 (cinza).Fonte:  Nucleic Acid Memory Institute/Boise State University/Divulgação 

Se a inserção da mensagem em DNA foi aprovada com louvor, recuperá-la era o grande desafio. Para fazer isso, fitas fluorescentes de DNA foram emparelhadas com aquelas fincadas na “placa perfurada”, iluminando os filamentos que codificavam a informação e tornando possível lê-la. Os pesquisadores contaram ainda com a ajuda de um algoritmo que analisava a imagem para decifrar o padrão binário, recuperando a informação armazenada com 100% de precisão.

“As fitas que configuram o código binário se acendem quando o DNA marcado com fluorescência se liga a elas, piscando sob o microscópio e tornando mais fácil ler as informações inseridas”, explicou Hughes.

A codificação lida por microscopia de alta resolução.A codificação lida por microscopia de alta resolução.Fonte:  Nucleic Acid Memory Institute/Boise State University/Divulgação 

Caixa de joias

Segundo o pesquisador, “o microscópio pode gerar imagens de centenas de milhares de retângulos de DNA em uma única gravação, e nossos algoritmos de correção de erros garantem a recuperação de todos os dados. Depois de contabilizar os bits usados pelos algoritmos, nosso protótipo foi capaz de ler os dados a uma densidade de 330 gigabits por centímetro quadrado”.

Como microscópios de alta resolução não são baratos nem comuns, a técnica não será tão habitual como um pendrive – mas isso não torna a pesquisa apenas uma curiosidade.

“Com o uso do DNA, seria possível armazenar cada tweet, e-mail, foto, música, filme e livro já criado em um volume equivalente a uma caixa de joias. E os dados armazenados podem durar séculos, visto que a biomolécula tem meia-vida de mais de 500 anos”, diz Dickinson.

Em vez de memória flash, dados poderão ser armazenados em DNA