DNA armazena dados em bits após atualização epigenética

DNA armazena dados em bits após atualização epigenética

O DNA existe há milhares de anos instalação de armazenamento de dados preferida da humanidade. Resistente e compacto, é tão denso em informações que um grama é suficiente para 10 milhões de horas de alta resolução vídeo pode salvar.

Mas sempre há espaço para melhorias.

Um novo método torna agora possível armazenar informações no DNA como código binário – os mesmos 0s e 1s usados ​​pelos computadores convencionais. Este método poderá um dia ser mais barato e mais rápido do que codificar informações na sequência de blocos de construção que constituem o DNA, que é atualmente usado pelas células e pela maioria dos esforços para fazê-lo. Armazenamento de dados gerados artificialmente corresponde ao método utilizado.

O método é tão simples que 60 voluntários de diversas áreas puderam utilizá-lo para salvar o texto de sua escolha. Muitos deles inicialmente não acreditaram que a técnica funcionaria, diz Long Qian, biólogo sintético computacional da Universidade de Pequim, em Pequim, e autor do estudo. 1, que descreve a tecnologia.

“Assim que viram a sequência e recuperaram as falas corretas, começaram a acreditar que poderiam realmente fazer isso”, explica ela. O estudo foi publicado hoje na Nature.

Armazenamento curto

Esta técnica é apenas uma entre muitas Tentando transformar o DNA em uma alternativa sustentável ao tradicional, opções de armazenamento eletrônico que não consegue acompanhar o ritmo da crescente produção de dados no mundo. “Estamos atingindo limites físicos”, diz Nicholas Guise, físico do Georgia Tech Research Institute, em Atlanta. “E estamos constantemente gerando mais dados.”

A enorme capacidade de armazenamento do DNA torna-o uma alternativa atraente. Além disso, pode O DNA, quando protegido da umidade e da luz ultravioleta, pode durar centenas de milhares de anos. Por outro lado, os discos rígidos eletrônicos precisam ser substituídos a cada poucos anos ou os dados serão corrompidos.

A maneira mais óbvia de armazenar informações no DNA é inserir os dados na sequência de DNA, um processo que requer que uma cadeia de DNA seja sintetizada do zero. Esta abordagem é lenta e muitas ordens de magnitude mais cara do que o armazenamento eletrônico de dados, explica Albert Keung, biólogo sintético da Universidade Estadual da Carolina do Norte, em Raleigh.

Para desenvolver uma maneira mais barata e rápida, Qian e seus colegas recorreram a ela “Epigenoma” – uma variedade de moléculas que as células usam para controlar a atividade genética, sem modificar a própria sequência de DNA. Por exemplo pode os chamados grupos metil são adicionados ou removidos do DNA para mudar sua função.

Qian e seus colegas desenvolveram um sistema no qual uma série de "blocos de construção" curtos e pré-fabricados de DNA - com ou sem grupos metil - poderiam ser adicionados a um recipiente de reação para formar uma cadeia crescente de DNA com o código binário correto. Para recuperar os dados, os pesquisadores usam uma técnica de sequenciamento de DNA, que pode detectar os grupos metil ao longo da fita de DNA. Os resultados podem ser interpretados como um código binário, onde a presença de um grupo metil corresponde a 1 e a ausência corresponde a 0.

Retrato de panda no DNA

Como a técnica utiliza fragmentos de DNA pré-fabricados, ela poderia ser ainda mais otimizada para permitir a produção em massa, diz Keung. Isto tornaria muito mais barato do que sintetizar uma cadeia de DNA feita sob medida para cada bit de informação a ser armazenado. O próximo passo, diz Keung, será ver até que ponto o sistema pode ser dimensionado para acomodar grandes conjuntos de dados.

Como um passo nessa direção, Qian e seus colegas codificaram e leram as instruções para criar uma imagem de um tigre da Dinastia Han na China antiga e uma imagem colorida de um panda em uma vegetação exuberante. As imagens foram codificadas em quase 270.000 1s e 0s, ou “bits”.

Por enquanto, o campo precisa reduzir custos antes de poder competir com o armazenamento eletrônico de dados, diz Guise. “O armazenamento de DNA ainda tem um longo caminho a percorrer antes de se tornar comercialmente relevante”, diz ele. “Mas há necessidade de tecnologia disruptiva.”

1. Zhang, C. et al. Natureza 634, 824–832 (2024).

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