Armazenar dados em DNA é mais fácil do que se pensava

Forma e função

Já sabemos que uma fita cassete de DNA pode conter todas as músicas conhecidas e que também é possível fazer uma computação completa com DNA – de fato, já estamos na fase de construir os componentes de hardware para a computação com DNA.

Até o momento, porém, tem havido muitas limitações nessas formas alternativas de computação e armazenamento porque é preciso sequenciar as moléculas de DNA, e analisar as letras das sequências genéticas exige ambientes “molhados”, é demorado e não sai barato.

A boa notícia é que dá para cumprir todas as promessas da computação com DNA sem precisar do sequenciamento genético.

Gde Wisna e colegas da Universidade do Arizona, na EUA, demonstraram que é possível fazer armazenamento, computação e criptografia usando o formato das moléculas de DNA, e não suas sequências de pares de bases.

“O que estamos demonstrando aqui é que moléculas biológicas, especificamente o DNA, podem ser projetadas para armazenar e proteger informações de maneiras fundamentalmente novas. Ao tratar o DNA como uma plataforma de informação, em vez de apenas um material genético, podemos começar a repensar como os dados são armazenados, lidos e protegidos em nanoescala,” disse o professor Hao Yan, coordenador da equipe.

Alfabeto tridimensional

A técnica consiste em projetar e construir minúsculas estruturas de DNA de formatos diferentes, que podem então funcionar como letras físicas de um alfabeto, cada uma carregando uma informação.

Em vez de sequenciar cada molécula para ler os dados, as nanoestruturas passam por um sensor microscópico, que identifica seus formatos. Um software de aprendizado de máquina registra e analisa os sinais elétricos coletados pelo sensor, e então traduz tudo de volta para letras e palavras legíveis com alta precisão.

Os pesquisadores projetaram estruturas complexas usando origami de DNA, arranjos dobrados de fitas de DNA que formam figuras bidimensionais e tridimensionais. Ou seja, em vez de armazenar dados como bits ou letras, a informação é codificada no arranjo e no padrão dessas estruturas em nanoescala. Isso cria uma espécie de código molecular difícil de interpretar sem as ferramentas e padrões de referência corretos. É como criar seu próprio alfabeto usando as formas que você escolher.

Para demonstrar o potencial de sua técnica, a equipe usou a plataforma para armazenar informações e também para proteger informações por meio da criptografia.

Essa abordagem aumenta consideravelmente o número de códigos moleculares que podem ser criados, tornando a decodificação não autorizada muito mais difícil. Ela também permite que as informações sejam compactadas em estruturas de DNA tridimensionais, o que adiciona ainda mais complexidade e segurança a cada chave molecular.

“Este é um excelente exemplo de pesquisa na interseção entre tecnologia de semicondutores e biologia. Neste campo emergente, ainda há muito a ser explorado em termos de aplicações, desde biossensores avançados até nanodispositivos programáveis,” disse Wang.