Na forma de DNA, a natureza mostra como os dados podem ser armazenados de maneira econômica e de longo prazo. Especialistas em bioinformática estão desenvolvendo chips de DNA para tecnologia computacional. Os pesquisadores mostram como uma combinação de biologia molecular, nanotecnologia, novos polímeros, eletrônica e automação, juntamente com o desenvolvimento sistemático, pode tornar o armazenamento de dados de DNA útil para uso diário possível em alguns anos.
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A molécula hereditária DNA pode armazenar uma grande quantidade de informações por longos períodos de tempo em um espaço muito pequeno. Há uns bons dez anos, portanto, os cientistas perseguem o objetivo de desenvolver chips de DNA para tecnologia de computadores, por exemplo, para o arquivamento de dados a longo prazo. Esses chips seriam superiores aos chips convencionais à base de silício em termos de densidade de armazenamento, longevidade e sustentabilidade.
Quatro blocos de construção básicos recorrentes são encontrados em uma fita de DNA. Uma sequência específica desses blocos pode ser usada para codificar informações, assim como a natureza. Para construir um chip de DNA, o DNA codificado correspondente deve ser sintetizado e estabilizado. Se isso funcionar bem, a informação é preservada por muito tempo - os pesquisadores supõem vários milhares de anos. As informações podem ser recuperadas lendo e decodificando automaticamente a sequência dos quatro blocos de construção básicos.
Que desafios têm de ser superados
"O fato de que o armazenamento de dados de DNA digital com alta capacidade e longa vida útil é viável foi demonstrado várias vezes nos últimos anos", diz o professor Thomas Dandekar, chefe da Cátedra de Bioinformática da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. "Mas os custos de armazenamento são altos, perto de 400 mil dólares por megabyte, e as informações armazenadas no DNA só podem ser recuperadas lentamente. Leva de horas a dias, dependendo da quantidade de dados."
Esses desafios devem ser superados para tornar o armazenamento de dados de DNA mais aplicável e comercializável. As ferramentas adequadas para isso são enzimas controladas por luz e software de projeto de rede de proteínas. Thomas Dandekar e seus presidentes Aman Akash e Elena Bencurova discutem isso em uma revisão recente na revista Trends in Biotechnology.
A equipe de Dandekar está convencida de que o DNA tem um futuro como armazenamento de dados. Na revista, os pesquisadores da JMU mostram como uma combinação de biologia molecular, nanotecnologia, novos polímeros, eletrônica e automação, juntamente com o desenvolvimento sistemático, poderia tornar o armazenamento de dados de DNA útil para uso diário possível em alguns anos.
Chips de DNA feitos de nanocelulose
No Biocentro JMU, a equipe de Dandekar está desenvolvendo chips de DNA feitos de nanocelulose semicondutora produzida por bactérias. "Com nossa prova de conceito, podemos mostrar como a eletrônica atual e a tecnologia computacional podem ser parcialmente substituídas por componentes biológicos moleculares", diz o professor. Desta forma, a sustentabilidade, a reciclagem total e a alta robustez mesmo contra pulsos eletromagnéticos ou falhas de energia poderiam ser alcançadas, mas também uma alta densidade de armazenamento de até um bilhão de gigabytes por grama de DNA.
Thomas Dandekar classifica o desenvolvimento de chips de DNA como altamente relevante: "Só duraremos como civilização a longo prazo se dermos o salto para este novo tipo de tecnologia computacional sustentável que combina biologia molecular com eletrônica e nova tecnologia de polímeros".
O que é importante para a humanidade, disse ele, é passar para uma economia circular em harmonia com as fronteiras planetárias e o meio ambiente. "Precisamos conseguir isso em 20 a 30 anos. A tecnologia de chips é um exemplo importante disso, mas as tecnologias sustentáveis para produzir chips sem lixo eletrônico e poluição ambiental ainda não estão maduras. Nosso conceito de chip de nanocelulose faz uma contribuição valiosa para isso. No novo artigo, examinamos criticamente nosso conceito e o avançamos ainda mais com as inovações atuais da pesquisa."
Melhorar ainda mais os meios de armazenamento de DNA
A equipe de Dandekar está atualmente trabalhando para combinar os chips de DNA feitos de nanocelulose semicondutora ainda melhor com as enzimas de designer que eles desenvolveram. As enzimas também precisam ser melhoradas. "Dessa forma, queremos alcançar um controle cada vez melhor do meio de armazenamento de DNA e poder armazenar ainda mais nele, mas também economizar custos e, assim, passo a passo, permitir o uso prático como meio de armazenamento no dia a dia."
O trabalho descrito é financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) e pelo Estado Livre da Baviera. Importantes parceiros de cooperação são Sergey Shityakov, professor da Universidade Estadual de Tecnologias da Informação, Mecânica e Óptica (ITMO) em São Petersburgo, Daniel Lopez, PhD, da Universidad Autonoma de Madrid, e Dr. Günter Roth, Universidade de Freiburg e BioCopy GmbH (Emmendingen).
Publicado originalmente em Science Daily
