Armazenamento de dados em DNA: entenda como isso é possível

ilustração de um DNA formado pelo código binário 0 e 1

As gerações mais novas não conheceram o disquete, dispositivo utilizado entre as décadas de 70 e 90 que, em seu auge, armazenava 1,44Mb. Hoje, uma foto de celular é maior do que essa capacidade. Depois do disquete, vários outros dispositivos de armazenamento de dados foram criados, cada vez menores em tamanho físico, mas cada vez maiores em capacidade de armazenamento. 

Atualmente encontramos cartões de memória que podem chegar a 2Tb de capacidade, o que equivale a mais de 1 milhão de disquetes. Mas além desses dispositivos clássicos e já conhecidos, uma forma inusitada está sendo desenvolvida pelos pesquisadores: armazenamento de dados em DNA!

Descubra a seguir como os pesquisadores pretendem usar o DNA para armazenamento de dados e o que poderá ser guardado!

O que é o DNA e como ele funciona

O DNA é o manual de instruções de todos os seres vivos. Nele estão codificadas as informações para produzir as proteínas, moléculas que fazem parte da estrutura dos organismos e que participam de praticamente todos os processos que regem o funcionamento das células. 

As informações do DNA estão codificadas em uma sequência de blocos bioquímicos: são os nucleotídeos, compostos de açúcar, ácido fosfórico e base nitrogenada. As bases nitrogenadas estão posicionadas em uma grande sequência no DNA e são o “alfabeto” desse manual: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G).

A forma como a mensagem é armazenada no DNA é crucial, pois é a sequência de bases nitrogenadas em um gene que determina quais aminoácidos, e em qual ordem, farão parte da proteína. A mudança de uma única base pode levar à alteração de forma e/ou função da proteína, ou pode até mesmo fazer com que a proteína deixe de ser produzida.

E assim como o pendrive, que permite que informações sejam passadas de um computador para o outro, o DNA armazena as informações e as transmite de geração em geração.

DNA e o armazenamento de dados

O DNA já armazena os dados genéticos que dizem quem nós somos, e agora cientistas querem utilizá-lo para armazenar todo e qualquer tipo de informação.

Na Era Digital, também conhecida como Era da Informação, geramos cada vez mais dados e mais informação. Com isso, precisamos de cada vez mais capacidade para armazenar esses dados. Além disso, os dispositivos atuais duram apenas algumas décadas, quando começam a apresentar defeitos. 

O DNA poderia suprir essas necessidades, pois têm uma grande capacidade de armazenamento e guarda informações por milhares de anos. Estima-se que todos os dados disponíveis em 2011, de 1,8 zettabytes (ou 1,8 trilhões de Gb), pudesse ser guardada em apenas 4g de DNA.

Com isso, pesquisadores da área da genética e da bioinformática vêm, há alguns anos,  desenvolvendo tecnologias para armazenar dados em DNA. Mas, diferente do cartão de memória ou pendrive, os dados armazenados em DNA levam algum tempo para serem lidos e por isso eles não seriam acessados frequentemente, mas seriam guardados, sem acesso, por longos períodos.

Como armazenar dados em DNA?

O princípio por trás do armazenamento de dados em DNA baseia-se em transformar a informação em código binário, o mesmo utilizado pelos computadores, de 0 e 1. Assim, cada base nitrogenada do DNA representa 0 ou 1. Em seguida, o DNA é sintetizado em laboratório com o código pré-determinado, em dispositivos chamados de chips. 

Na primeira etapa é selecionada a informação, sendo nesse exemplo o texto “meuDNA”. Em seguida, essa informação é transformada em código binário. Para a próxima etapa, quando o código binário é transformado em código genético, são determinadas as correspondências: no exemplo, Adenina (A) e Timina (T) representam 0, enquanto Citosina (C) e Guanina (G) representam 1. Por fim, o DNA é sintetizado de acordo com a sequência definida na etapa anterior.

Com essa tecnologia, em 2012, cientistas da Universidade de Harvard conseguiram armazenar em DNA trechos de livros e a Microsoft, associada a pesquisadores da Universidade de Washington, armazenaram cerca de 200 Mb de dados em DNA

Em 2017, também na Universidade de Harvard, os pesquisadores utilizaram outra técnica, que envolvia edição genética em bactérias vivas, para armazenar dados em DNA. Eles foram capazes de armazenar imagens e, até mesmo, de reproduzir um GIF baseado na série de fotos de cavalos galopando de Eadward Muybridge’s de 1878.

Desafios do armazenamento de dados em DNA

O que parece ficção científica já é realidade, mas até que o armazenamento de dados em DNA seja de fato utilizado na prática, e não só na pesquisa, alguns desafios ainda precisam ser superados, como o custo do DNA sintético, a capacidade de armazenamento em DNA e a taxa de erro. 

Assim como o sequenciamento de DNA passou por uma queda significativa de custo com as novas tecnologias que surgiram após o Projeto Genoma Humano, o mesmo deve ocorrer com os avanços em relação à síntese de DNA.

A capacidade de armazenamento em DNA e a taxa de erro também devem ser aprimoradas com o desenvolvimento de novas técnicas. Recentemente, pesquisadores em Atlanta anunciaram que estão desenvolvendo um novo chip, o que deve aumentar a capacidade de armazenamento em DNA em 100 vezes, chegando aos 20Gb. 

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Como armazenar DNA?

Primeiro a informação é transformada em código binário. Em seguida, é determinada a sequência do DNA com base no código binário, em que, por exemplo, duas bases nitrogenadas representam 0 e duas bases representam 1. Depois, o DNA é sintetizado em laboratório com a sequência pré-determinada.

Quanto de informação cabe no DNA?

A Microsoft, junto com pesquisadores da Universidade de Washington, conseguiram armazenar cerca de 200 Mb de dados em DNA. Recentemente, pesquisadores de Atlanta anunciaram o desenvolvimento de uma nova tecnologia, que será capaz de aumentar em até 100 vezes a quantidade de dados que poderá ser armazenada em DNA.

Publicado por Juliana Gomes

Juliana Gomes é bióloga, mestre em ciências e já foi empresária. Quando era pequena queria ter feito biologia marinha, mas acabou mergulhando mesmo no mundo das células e do DNA.

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