Chips de DNA: a solução de armazenamento de bilhões de gigabytes do futuro

SCTD, 08/09/2023 

Na forma de DNA, a natureza mostra como os dados podem ser armazenados de maneira econômica e de longo prazo. A cátedra de bioinformática de Würzburg está desenvolvendo chips de DNA para tecnologia de computadores.

A molécula hereditária DNA é conhecida por sua capacidade de armazenar grandes quantidades de informações durante longos períodos de tempo em um espaço incrivelmente pequeno. Durante uns bons dez anos, os cientistas têm perseguido o objetivo de desenvolver chips de DNA para a tecnologia informática, especialmente para o arquivamento de dados a longo prazo. Esses chips seriam superiores aos chips convencionais baseados em 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 faz. Para construir um chip de DNA, o DNA correspondentemente codificado deve ser sintetizado e estabilizado. Se isto funcionar bem, a informação é preservada durante muito tempo – os investigadores assumem vários milhares de anos. As informações podem ser recuperadas lendo e decodificando automaticamente a sequência dos quatro blocos básicos de construção.

As informações podem ser armazenadas na forma de DNA em chips feitos de nanocelulose semicondutora. Proteínas controladas pela luz leem as informações.

Desafios no armazenamento de dados de DNA

“O fato de que o armazenamento digital de dados de DNA com alta capacidade e longa vida útil é viável foi demonstrado várias vezes nos últimos anos”, disse o professor Thomas Dandekar, chefe da Cátedra de Bioinformática da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). “Mas os custos de armazenamento são elevados, perto de 400 mil dólares por megabyte, e a informação armazenada no DNA só pode ser recuperada lentamente. Leva horas ou dias, dependendo da quantidade de dados.”

Estes desafios devem ser superados para tornar o armazenamento de dados de DNA mais aplicável e comercializável. Ferramentas adequadas para isso são enzimas controladas por luz e software de design de redes de proteínas. Thomas Dandekar chefe da equipe que preside e os membros, 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 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 possível o armazenamento de dados de DNA útil para o uso diário em alguns anos.

Desenvolvimento inovador de chips de DNA

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 atual eletrônica e a tecnologia computacional podem ser parcialmente substituídas por componentes biológicos moleculares”, afirma o professor. Desta forma, seria possível alcançar sustentabilidade, reciclabilidade total e elevada robustez mesmo contra impulsos eletromagnéticos ou falhas de energia, mas também uma elevada densidade de armazenamento de até milhões de gigabytes por grama de DNA.

Thomas Dandekar classifica o desenvolvimento de chips de DNA como altamente relevante: “Só perduraremos como civilização a longo prazo se dermos o salto para este novo tipo de tecnologia informática sustentável, que combina a biologia molecular com a electrônica e a nova tecnologia de polímeros”.

O que é importante para a humanidade, disse ele, é avançar para uma economia circular em harmonia com as fronteiras planetárias e o ambiente. “Precisamos alcançar 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 dá uma contribuição valiosa para isso. No novo artigo, examinamos criticamente nosso conceito e avançamos ainda mais com as inovações atuais da pesquisa.”

Melhorando ainda mais a mídia de armazenamento de DNA

A equipe de Dandekar está atualmente trabalhando para combinar ainda melhor os chips de DNA feitos de nanocelulose semicondutora com as enzimas projetadas que desenvolveram. As enzimas também precisam ser melhoradas.

“Desta forma, queremos obter 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 na vida cotidiana.”

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Fonte:https://scitechdaily.com/dna-chips-the-billion-gigabyte-storage-solution-of-tomorrow/