p O armazenamento de dados de DNA pode se tornar mais fácil de ler e escrever do que antes, de acordo com pesquisadores do Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge no Reino Unido. Eles relatam uma técnica que também pode armazenar dados criptografados, bem como reescrever dados. p A ideia original por trás do armazenamento de dados de DNA é sintetizar longas moléculas de DNA com sequências personalizadas de unidades de base que codificam dados digitais. A densidade de dados alcançada por esta abordagem é ordens de magnitude maior do que as tecnologias magnéticas ou de estado sólido existentes, e dura milhares em vez de dezenas de anos. A longevidade e a densidade de dados do armazenamento de dados de DNA seriam particularmente úteis para arquivos de dados, não fossem algumas limitações significativas.

p "Um dos maiores problemas é fazer o DNA, "diz Ulrich Keyser, professor de física aplicada na Universidade de Cambridge, no Reino Unido. Ele explica que sintetizar as moléculas de DNA de nova com sequências de unidade de base prescritas longas o suficiente para armazenar dados é difícil e requer enzimas. "Com a nossa abordagem, é como os tijolos de Lego. Você só faz isso misturando, aquecendo e esfriando. "

p Ler dados armazenados na sequência de pares de bases também é lento e caro. A tecnologia de sequenciamento já percorreu um longo caminho, mas ainda depende principalmente da replicação de bilhões de cópias da molécula para amplificar os sinais das interações de proteínas, e assim por diante.

p Uma abordagem alternativa de sequenciamento passa a molécula de DNA através de um nanoporo e lê a sequência em tempo real das mudanças na corrente iônica à medida que diferentes pares de bases passam. Embora mais barato e eficiente, ler bits de pares de bases no backbone do DNA ainda leva muito tempo para as tecnologias de armazenamento de dados. Contudo, armazenando dados em saliências presas no backbone principal, Keyser e sua equipe desenvolveram uma abordagem em que a tecnologia nanopore pode ler com facilidade e precisão, e uma mistura simples pode escrever.

p Ao incorporar "contenções de dedos" nos dados gravados em saliência, eles mostram que pode ser facilmente removido e reescrito. "Fiquei surpreso que a reescrita funcionou e poderia ser tão simples, porque isso é muito difícil com qualquer outra técnica de dados de DNA, "diz Keyser.

p Potencial de detecção

p "A ideia com a qual começamos era para a amplificação de detecção, "explica Kaikai Chen, o primeiro autor do Nano Letras papel relatando esses resultados. "Então, tivemos a ideia de armazenamento de dados."

p A chave para a abordagem pioneira é controlar como as saliências do DNA de fita simples são "recozidas". Embora a sequência de pares de bases na espinha dorsal do DNA seja idêntica de uma molécula para outra, os pesquisadores recozem saliências específicas com DNA de fita simples complementar que é biotinilado, enquanto o resto é recozido com DNA de fita simples simples. Quando a fita complementar é biotinilada, ela se liga às moléculas de estreptavidina, que faz uma mudança facilmente detectável na corrente iônica conforme o DNA passa por um nanoporo, lendo-o como "1". Onde a fita de DNA saliente não tem estreptavidina, os dados gravados são "0". O grupo usou técnicas reconhecidas com base em moléculas que se alojam em regiões específicas da molécula para entregar a fita complementar correta ao endereço certo.

p O "apoio" que permite a reescrita é apenas um pequeno DNA de fita única extra que se destaca após a funcionalização, tornando mais fácil remover e reescrever. Deixar as fitas biotiniladas fora deixa os dados criptografados porque apenas alguém que conhece a sequência das saliências de DNA de fita simples saberá qual sequência a fita complementar precisa ter para fornecer as fitas biotiniladas que se ligarão à estreptavidina, e assim distinguir os uns dos zeros.

p Futuro

p O próximo desafio para a tecnologia seria aumentar sua escala. Uma vez que eles operam um laboratório de física, Keyser não vê isso como o foco de suas próximas etapas como equipe, embora pareça simples em princípio com o uso de robôs de pipetagem ou microfluídicos. “Já existem empresas que oferecem os produtos microfluídicos que poderiam ser usados, "acrescenta Chen.

p Os pesquisadores agora estão procurando outros grupos funcionais que podem usar além da estreptavidina. "Em princípio, nosso método pode se adaptar a diferentes funcionalizações, "diz Chen. Eles usaram estreptavidina como prova de princípio porque é um grupo funcional com o qual estão familiarizados." É muito simples e funciona bem, "acrescenta. No entanto, o uso de grupos menores pode permitir um armazenamento de densidade mais alta.

p Nenhuma escolha de grupo funcional permitirá exatamente a densidade de dados alcançada pelo armazenamento dos dados na sequência de par de bases. Keyser sugere que isso também pode explicar por que ninguém pensou em tentar a abordagem do bloco de Lego antes. Embora o trabalho em novas tecnologias tenda a seguir as técnicas já demonstradas, em vez de adotar uma abordagem ortogonal, o foco na otimização da densidade de dados pode ter atuado como um impedimento adicional. Ainda, as vantagens de mais rápido, leitura e escrita mais simples, e em particular, reescrevendo, pode fazer a troca valer a pena. O armazenamento de dados regraváveis ​​de DNA também abre oportunidades para cálculos de DNA, que pode oferecer uma alternativa à computação tradicional que, embora lento, usa muito pouca energia e, portanto, tem valor para algumas aplicações. p © 2020 Science X Network