p Nosso código genético é milhões de vezes mais eficiente no armazenamento de dados do que as soluções existentes, que são caros e usam imensas quantidades de energia e espaço. Na verdade, poderíamos nos livrar dos discos rígidos e armazenar todos os dados digitais do planeta dentro de algumas centenas de quilos de DNA. p Usar o DNA como um meio de armazenamento de dados de alta densidade tem o potencial de forjar avanços em tecnologia de biossensor e biorregravação e armazenamento digital de próxima geração, mas os pesquisadores não foram capazes de superar as ineficiências que permitiriam o escalonamento da tecnologia.

p Agora, pesquisadores da Northwestern University propõem um novo método para registrar informações no DNA que leva minutos, em vez de horas ou dias, completar. A equipe usou um novo sistema enzimático para sintetizar DNA que registra sinais ambientais que mudam rapidamente diretamente em sequências de DNA, um método que o autor sênior do artigo disse que pode mudar a maneira como os cientistas estudam e registram neurônios dentro do cérebro.

p A pesquisa, "Gravando Sinais Temporais com Resolução de Minutos Usando Síntese Enzimática de DNA, "foi publicado quinta-feira (30 de setembro) no Jornal da American Chemical Society .

p O autor sênior do artigo, O professor de engenharia da Northwestern Keith E.J. Tyo, disse que seu laboratório estava interessado em aproveitar as habilidades naturais do DNA para criar uma nova solução de armazenamento de dados.

p "A natureza é boa em copiar DNA, mas realmente queríamos ser capazes de escrever DNA a partir do zero, "Tyo disse." A maneira ex vivo (fora do corpo) de fazer isso envolve um lento, síntese química. Nosso método é muito mais barato para escrever informações porque a enzima que sintetiza o DNA pode ser manipulada diretamente. As gravações intracelulares de última geração são ainda mais lentas porque requerem as etapas mecânicas da expressão da proteína em resposta aos sinais, ao contrário de nossas enzimas, que são todas expressas com antecedência e podem armazenar informações continuamente. "

p Tyo, professor de engenharia química e biológica na McCormick School of Engineering, é membro do Center for Synthetic Biology, e estuda micróbios e seus mecanismos para detectar mudanças ambientais e responder a elas rapidamente.

p Ignorando a expressão de proteína

p Os métodos existentes para registrar dados moleculares e digitais intracelulares no DNA contam com processos multipartes que adicionam novos dados às sequências existentes de DNA. Para produzir uma gravação precisa, os pesquisadores devem estimular e reprimir a expressão de proteínas específicas, que pode levar mais de 10 horas para ser concluído.

p O laboratório Tyo hipotetizou que eles poderiam usar um novo método que eles chamaram de Gravação Não Templada Sensível ao Tempo usando Tdt para Sinais Ambientais Locais, ou TARTARUGAS, para sintetizar DNA completamente novo em vez de copiar um modelo dele, fazendo uma gravação mais rápida e com resolução mais alta.

p À medida que a DNA polimerase continua a adicionar bases, os dados são registrados no código genético em uma escala de minutos, conforme as mudanças no ambiente afetam a composição do DNA que ele sintetiza. As mudanças ambientais, como mudanças na concentração de metais, são registrados pela polimerase, agindo como uma "fita adesiva molecular" e indicando aos cientistas o momento de uma mudança ambiental. Usar biossensores para registrar mudanças no DNA representa um passo importante para provar a viabilidade do TARTARUGAS para uso dentro das células, e poderia dar aos pesquisadores a capacidade de usar DNA gravado para aprender como os neurônios se comunicam entre si.

p "Esta é uma prova de conceito realmente empolgante para métodos que poderiam um dia nos permitir estudar as interações entre milhões de células simultaneamente, "disse Namita Bhan, co-primeiro autor e pesquisador de pós-doutorado no laboratório Tyo. "Eu não acho que haja qualquer sistema de registro de modulação enzimática direta relatado anteriormente."

p De células cerebrais a água poluída

p Com mais potencial de escalabilidade e precisão, As TARTARUGAS podem oferecer a base para ferramentas que impulsionam a pesquisa sobre o cérebro. De acordo com Alec Callisto, também co-primeiro autor e aluno de pós-graduação no laboratório Tyo, os pesquisadores só podem estudar uma pequena fração dos neurônios do cérebro com a tecnologia de hoje, e mesmo assim, há limites para o que eles sabem que fazem. Ao colocar gravadores dentro de todas as células do cérebro, os cientistas poderiam mapear as respostas aos estímulos com resolução de uma única célula em muitos (milhões) de neurônios.

p "Se você observar como a tecnologia atual escala ao longo do tempo, pode levar décadas até que possamos gravar o cérebro de uma barata inteira simultaneamente com as tecnologias existentes - sem falar das dezenas de bilhões de neurônios em cérebros humanos, "Callisto disse." Então isso é algo que realmente gostaríamos de acelerar. "

p Fora do corpo, o sistema TURTLES também pode ser usado para uma variedade de soluções para lidar com o crescimento explosivo das necessidades de armazenamento de dados (até 175 zetabytes em 2025).

p É particularmente bom para aplicativos de dados de arquivamento de longo prazo, como o armazenamento de imagens de segurança em circuito fechado, que a equipe se refere como dados que você "escreve uma vez e nunca lê, "mas precisa ter acesso no caso de ocorrer um incidente. Com tecnologia desenvolvida por engenheiros, discos rígidos e unidades de disco que guardam anos de memórias de câmeras amadas também podem ser substituídos por pedaços de DNA.

p Fora do armazenamento, a função "ticker tape" pode ser usada como um biossensor para monitorar contaminantes ambientais, como a concentração de metais pesados ​​na água potável.

p Enquanto o laboratório se concentra em ir além de uma prova de conceito em gravação digital e celular, a equipe expressou esperança de que mais engenheiros se interessem pelo conceito e sejam capazes de usá-lo para registrar sinais importantes para suas pesquisas.

p "Ainda estamos construindo a infraestrutura genômica e as técnicas celulares de que precisamos para um registro intracelular robusto, "Tyo disse." Este é um passo no caminho para alcançar nosso objetivo de longo prazo. "