A extraordinária molécula de dupla hélice que torna a vida possível, conhecida como DNA, é o principal portador de nosso código genético. Nele estão armazenadas as instruções necessárias para o desenvolvimento, replicação, crescimento e funcionamento de todos os organismos conhecidos.
O DNA é mais de um milhão de vezes mais eficaz em salvar informações do que até mesmo nossos melhores esforços de alta tecnologia em armazenamento de dados. Curiosamente, é realmente possível codificar dados binários no DNA sintético. Mas, infelizmente, velocidades incrivelmente lentas de leitura e gravação o tornam inadequado para aplicativos do mundo real.
No entanto, os cientistas estão trabalhando atualmente para uma descoberta que proponha uma técnica mais rápida para codificar dados para fitas sintetizadas de DNA. Se tiverem sucesso, o mundo pode entrar em uma nova era de gravação de neurônios e armazenamento digital de dados.
Melhorando os métodos atuais de armazenamento de dados no DNA
Esta parte fica um pouco mais técnica: as técnicas atuais para registrar informações moleculares e digitais intracelulares no DNA são fortemente dependentes de processos multipartes que combinam novas informações com sequências de DNA existentes. Os pesquisadores devem ativar e inibir a expressão de proteínas específicas para obter um registro preciso, que pode levar até 10 horas.
O laboratório de Tyo propõe que eles possam usar uma nova técnica que eles apelidaram de ‘Gravação não templada com sensibilidade ao tempo’ usando Tdt para sinais ambientais locais (ou TARTARUGAS, para abreviar) para sintetizar DNA inteiramente novo em vez de copiar um modelo dele, criando um registro mais rápido e de alta resolução .
À medida que a DNA polimerase prossegue para adicionar bases, os dados são registrados no código genético em uma escala de minutos, conforme as alterações no ambiente afetam a composição do DNA que ela sintetiza. As mudanças ambientais, como flutuações na concentração de metais, são registradas pela polimerase, agindo como uma espécie de “fita adesiva molecular”, registrando o tempo de uma mutação ambiental.
Usar biossensores para registrar essas mudanças no DNA representa um passo significativo no estabelecimento da viabilidade do TARTARUGAS para uso dentro das células. Isso poderia dar aos pesquisadores a capacidade de usar o DNA gravado para aprender como os neurônios se comunicam entre si.
De acordo com Namita Bhan, co-autora do artigo, esta é uma fascinante prova de conceito para técnicas que podem nos permitir estudar as interações entre milhões de células simultaneamente no futuro.
Usando DNA para armazenar dados de arquivo
Estima-se que as necessidades globais de armazenamento de informações chegarão a aproximadamente 175 zetabytes até o ano de 2025.
Um elemento particular em que a técnica TARTARUGAS se destaca é o armazenamento de dados arquivados de longa data. O tipo de armazenamento que você grava uma vez, mas nunca lê, a menos que ocorra um incidente e um backup seja necessário.
Além do armazenamento, a função de ‘ticker tape’ mencionada anteriormente pode ser usada como um biossensor para procurar contaminação na água potável.
Vantagens potenciais para pesquisacerebral futura usando tecnologia de biogordura
Graças à sua maior escalabilidade e precisão, o TURTLES também pode fornecer a base para tecnologias que impulsionam a pesquisa sobre o cérebro.
Com a tecnologia atual, os cientistas podem examinar apenas uma pequena porcentagem dos neurônios do cérebro e, mesmo assim, há limites para o que eles podem aprender. No entanto, os cientistas foram capazes de rastrear as respostas aos estímulos com precisão de uma única célula em muitos (milhões) de neurônios, colocando gravadores em todas as células do cérebro.
Conforme relatado por Alec Callisto, outro co-autor do artigo, olhando para a taxa de melhoria da tecnologia contemporânea, pode levar várias décadas antes que possamos registrar todo o cérebro de uma barata simultaneamente, para não mencionar o enormemente mais complexo cérebro humano. No entanto, ele e sua equipe pretendem acelerar essa progressão significativamente.
O futuro das tartarugas
Enquanto o laboratório de Tyo está atualmente concentrado no desenvolvimento além da prova de conceito em gravação de DNA celular e digital, a equipe expressou otimismo de que outros engenheiros estarão interessados no conceito e serão capazes de utilizá-lo para capturar sinais críticos para seu estudo.
Tyo: “Ainda estamos construindo a infraestrutura genômica e as técnicas celulares de que precisamos para um registro intracelular robusto; este é um passo no caminho para atingir nosso objetivo de longo prazo.”
Publicado em 10/10/2021 19h39
Artigo original:
Estudo original: