Armazenamento de dados em DNA mais próximo das centrais de dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/05/2023

Cada microcápsula contém um arquivo, evitando a perda dos dados.
[Imagem: Bas W. A. Bögels et al. - 10.1038/s41565-023-01377-4]

Arquivos gravados em DNA

O armazenamento de dados em moléculas de DNA ainda soa como ficção científica, mas está em um futuro cada vez mais próximo.

O professor Tom de Greef, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, nos Países Baixos, espera que o primeiro centro de dados com arquivos gravados em DNA esteja funcionando dentro de cinco a dez anos.

Os dados não serão armazenados como zeros e uns em discos rígidos, mas nos pares de bases que compõem o DNA: AT e CG. Esse data center biotecnológico terá a forma de um laboratório, será muitas vezes menor do que os atuais e, sobretudo, não gastará quase tanta energia quanto uma cidade, como acontece hoje.

De Greef já tem até o projeto na cabeça: Na entrada, novos arquivos serão codificados por meio da síntese de DNA, que serão encaminhados para os grandes campos de cápsulas, cada cápsula contendo um arquivo. Quando necessário, braços robóticos pegarão cada cápsula, lerão seu conteúdo e as colocarão de volta, de modo semelhante ao que ocorre com os repositórios de dados baseados em fitas magnéticas de hoje.

O armazenamento de dados em DNA oferece muitas vantagens: Um arquivo de DNA pode ser armazenado de forma muito mais compacta, por exemplo, e a vida útil dos dados também é muitas vezes maior. Mas, talvez o mais importante, essa nova tecnologia torna obsoletos os grandes centros de dados que consomem muita energia. E isso é extremamente necessário "porque, em três anos, geraremos tantos dados em todo o mundo que não seremos capazes de armazenar metade deles," adverte De Greef.

Na nova técnica, proteinossomos funcionam como plataforma para o armazenamento de dados de DNA. Além de termicamente protegidos, os dados são etiquetados por cor.
[Imagem: Bas W. A. Bögels et al. - 10.1038/s41565-023-01377-4]

Um arquivo por cápsula

Juntamente com parceiros de várias universidades, De Greef desenvolveu uma nova técnica para tornar o armazenamento de dados com DNA sintético adequado para ser usado em larga escala.

Nos últimos anos, a equipe trabalhou principalmente na leitura dos dados armazenados. Por enquanto, este é o maior problema dessa nova técnica. O método de PCR usado atualmente para isso, chamado de "acesso aleatório", é propenso a erros, permitindo ler só um arquivo por vez; e, além disso, a qualidade dos dados deteriora muito cada vez que você lê um arquivo.

A saída desenvolvida pela equipe consistiu na criação de microcápsulas especiais, feitas de proteínas e polímeros, e na colocação de um arquivo em cada cápsula.

"Essas cápsulas têm propriedades térmicas que podemos usar a nosso favor. Acima de 50 graus Celsius, as cápsulas se fecham, permitindo que o processo de PCR ocorra separadamente em cada cápsula. Não há muito espaço para erros então," disse De Greef, que chama o processo de "PCR termoconfinado". No laboratório, a equipe já consegue ler 25 arquivos simultaneamente sem erros significativos.

Se você baixar a temperatura novamente, as cópias se desprendem da cápsula e o original ancorado permanece, o que significa que a qualidade do arquivo original não se deteriora. "Atualmente, estamos com uma perda de 0,3 por cento após três leituras, em comparação com 35 por cento com o método existente," contou De Greef.

A biblioteca de dados também ficou mais fácil de pesquisar: Cada arquivo recebe uma etiqueta fluorescente e cada cápsula tem sua própria cor. Um sensor pode então reconhecer as cores e identificar cada arquivo, que pode ser detectado pelo braço robótico, resolvendo o problema de leitura dos dados.

O professor Tom de Greef já consegue acessar arquivos em DNA em seu laboratório.
[Imagem: Bart van Overbeeke]

Acesso caro

A ideia de usar fitas de DNA para armazenamento de dados surgiu na década de 1980, mas era muito difícil e cara na época. Ela tornou-se tecnicamente possível três décadas depois, quando a síntese de DNA começou a decolar.

A equipe do professor George Church, da Universidade de Harvard, desenvolveu a ideia em 2011. Desde então, a síntese e a leitura de dados ficaram exponencialmente mais baratas, levando finalmente a tecnologia ao mercado.

Hoje, a técnica é adequada apenas para armazenamento de arquivos de longo prazo porque a leitura dos dados armazenados é muito cara, forçando a consulta dos arquivos de DNA ao mínimo possível.

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