DNA recebe atualização artificial para armazenar dados digitais ilimitados da humanidade

DNA recebe atualização artificial para armazenar dados digitais ilimitados da humanidade
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Todos os dados da humanidade poderiam ser transferidos para fitas sintéticas de DNA?

 

Getty/Yuichiro Chino

Nos últimos anos, a humanidade criou mais dados do que em toda a história combinada – um nível notável de produção sem sinais de desaceleração. Mas onde vamos colocar tudo isso?

Embora os cientistas estejam constantemente aumentando o tamanho dos discos rígidos para armazenar as informações da humanidade, e muitos deles acreditem que isso pode ser feito indefinidamente, alguns sugerem que esses esforços acabarão sendo superados pela taxa exponencial na qual geramos dados. Em resposta a essas preocupações, os cientistas estão procurando uma solução bastante singular – armazenar arquivos, fotos e documentos no banco de dados de informações da própria natureza: o DNA.

O DNA é vasto e condensado o suficiente para conter uma quantidade insondável de dados em espaços hiperpequenos. Afinal, as fitas de dupla hélice protegem as plantas inteiras de nossos corpos enquanto estão escondidas dentro dos núcleos das células com apenas 10 micrômetros de largura. Além disso, o DNA é naturalmente abundante e pode suportar condições extremamente adversas na Terra. Os cientistas podem até recuperar informações genéticas de DNA com vários séculos de idade.

“Todos os dias, vários petabytes de dados são gerados na internet. Apenas um grama de DNA seria suficiente para armazenar esses dados. É assim que o DNA é denso como meio de armazenamento”, Kasra Tabatabaei, pesquisadora do Beckman Institute for Advanced Science e Tecnologia, disse em comunicado.

Tabatabaei é coautor de um novo estudo, publicado na edição do mês passado da revista Nano Letters, que pode levar o conceito de armazenamento de dados de DNA a grandes alturas. Essencialmente, a equipe de estudo é a primeira a estender artificialmente o alfabeto do DNA, o que poderia permitir grandes capacidades de armazenamento e acomodar um nível bastante extremo de dados digitais.

Antes de mergulharmos nos detalhes, aqui está uma rápida recapitulação da biologia.

O DNA codifica a informação genética com quatro moléculas chamadas nucleotídeos. Há adenina, guanina, citosina e timina, ou A, G, C e T. Em certo sentido, o DNA tem um alfabeto de quatro letras e diferentes combinações de letras representam diferentes bits de dados. Com apenas essas quatro letras, a natureza pode codificar a informação genética de cada organismo vivo. Então, teoricamente, devemos ser capazes de armazenar uma tonelada de dados digitais com esse grupo de cartas também. Mas e se tivéssemos um alfabeto mais longo? Presumivelmente, isso nos daria uma capacidade muito mais profunda.

Seguindo essa linha de pensamento, a equipe por trás do novo estudo adicionou artificialmente sete novas letras ao repertório de DNA. “Imagine o alfabeto inglês”, disse Tabatabei. “Se você tivesse apenas quatro letras para usar, você só poderia criar tantas palavras. Se você tivesse o alfabeto completo, você poderia produzir combinações de palavras ilimitadas. Isso é o mesmo com o DNA. Em vez de converter zeros e uns em A, G, C e T, podemos converter zeros e uns em A, G, C, T e as sete novas letras no alfabeto de armazenamento.”

Além disso, garantindo que as informações codificadas nessas 11 letras possam ser regurgitadas sob demanda, os pesquisadores também criaram um novo mecanismo que lê com precisão os dados do DNA sintético. O sistema usa algoritmos de aprendizado profundo e inteligência artificial para discernir entre as letras de DNA feitas pelo homem e as naturais, além de diferenciar tudo umas das outras.

Em suma, ele fornece uma leitura extremamente clara das combinações de letras do DNA, revelando assim toda e qualquer informação escondida no interior.

“Tentamos 77 combinações diferentes dos 11 nucleotídeos, e nosso método foi capaz de diferenciar cada um deles perfeitamente”, disse Chao Pan, estudante de pós-graduação da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e coautor deste estudo, em um estudo declaração, e “a estrutura de aprendizado profundo como parte de nosso método para identificar diferentes nucleotídeos é universal, o que permite a generalização de nossa abordagem para muitas outras aplicações”.

O DNA não é a única forma inovadora e promissora de manter nossos dados compostos. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Harvard, por exemplo, está trabalhando no uso de corantes neon para codificar informações inestimáveis. Ainda assim, Tabatabaei observou: “O DNA é o sistema de armazenamento de dados original da natureza. Podemos usá-lo para armazenar qualquer tipo de dados: imagens, vídeos, músicas – qualquer coisa”.

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