PHYS, 05/08/2022
Pela Academia Chinesa de Ciências
A informação baseada em DNA é um novo campo interdisciplinar que liga a tecnologia da informação e a biotecnologia. O campo espera atender à enorme necessidade de armazenamento de dados de longo prazo usando o DNA como meio de armazenamento de informações. Apesar da promessa do DNA de forte estabilidade, alta densidade de armazenamento e baixo custo de manutenção, no entanto, os pesquisadores enfrentam problemas para reescrever com precisão as informações digitais codificadas nas sequências de DNA.
Geralmente, a tecnologia de armazenamento de dados de DNA tem dois modos, ou seja, o "modo de disco rígido in vitro" e o "modo de CD in vivo". A principal vantagem do modo in vivo é sua replicação confiável e de baixo custo do DNA cromossômico pela replicação celular. Devido a essa característica, pode ser utilizado para disseminação de cópias de dados rápida e de baixo custo. Como as sequências de DNA codificadas para algumas informações contêm um grande número de repetições e a aparência de homopolímeros, no entanto, essas informações só podem ser "escritas" e "lidas", mas não podem ser "reescritas" com precisão.
Para resolver o problema da reescrita, o Prof. Liu Kai do Departamento de Química da Universidade de Tsinghua, o Prof. LI Jingjing do Instituto Changchun de Química Aplicada (CIAC) da Academia Chinesa de Ciências e o Prof. Chen Dong da Universidade de Zhejiang conduziram um equipe de pesquisa que desenvolveu recentemente um sistema de edição de plasmídeo duplo para processar com precisão informações digitais em um vetor microbiano. Suas descobertas foram publicadas na Science Advances.
Os pesquisadores estabeleceram um sistema de plasmídeo duplo in vivo usando um algoritmo de codificação racionalmente projetado e uma ferramenta de edição de informações. Este sistema de plasmídeo duplo é adequado para armazenar, ler e reescrever vários tipos de informações, incluindo texto, livros de códigos e imagens. Ele explora totalmente a capacidade de codificação de sequências de DNA sem exigir nenhum índice de endereçamento ou sequências de backup. Também é compatível com vários tipos de algoritmos de codificação, permitindo assim alta eficiência de codificação. Por exemplo, a eficiência de codificação do sistema atual atinge 4,0 bits por nucleotídeo.
Para alcançar alta eficiência e confiabilidade na reescrita de informações complexas armazenadas em sequências de DNA exógenas in vivo, uma variedade de proteínas associadas a CRISPR (Cas) e recombinase foram usadas. As ferramentas foram guiadas por seu RNA CRISPR correspondente (crRNA) para clivar um locus alvo em uma sequência de DNA para que a informação específica pudesse ser endereçada e reescrita. Por causa da alta especificidade entre pares complementares de moléculas de ácido nucleico, as sequências de DNA codificadas pela informação foram reconstruídas com precisão pela recombinase para codificar novas informações. Devido à otimização da sequência de crRNA, a ferramenta de reescrita de informações tornou-se altamente adaptável a informações complexas, resultando em confiabilidade de reescrita de até 94%, o que é comparável aos sistemas de edição de genes existentes.
O sistema de plasmídeo duplo pode servir como uma plataforma universal para reescrever informações baseadas em DNA in vivo, oferecendo assim uma nova estratégia para processamento de informações e reescrita específica de dados grandes e complicados em nível molecular.
"Acreditamos que essa estratégia também pode ser aplicada em um hospedeiro vivo com um genoma maior, como a levedura, o que abriria ainda mais o caminho para aplicações práticas relacionadas ao armazenamento de big data", disse o Prof. Liu.
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Fonte:https://phys.org/news/2022-08-dual-plasmid-dna-digital-storage-potential.html
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