Pesquisadores da North Carolina State University e da Johns Hopkins University demonstraram uma tecnologia capaz de um conjunto de funções de armazenamento e computação de dados — armazenar, recuperar, computar, apagar ou reescrever dados repetidamente — que usa DNA em vez de eletrônicos convencionais. Tecnologias anteriores de armazenamento e computação de dados de DNA podiam concluir algumas, mas não todas essas tarefas.

O artigo, intitulado "Um armazenamento de DNA primordial e mecanismo de computação", aparece na revista Nature Nanotechnology.

"Nas tecnologias de computação convencionais, consideramos que as maneiras como os dados são armazenados e processados são compatíveis entre si", diz o líder do projeto Albert Keung, coautor correspondente de um artigo sobre o trabalho.

"Mas, na realidade, o armazenamento e o processamento de dados são feitos em partes separadas do computador, e os computadores modernos são uma rede de tecnologias complexas." Keung é professor associado de engenharia química e biomolecular e um Goodnight Distinguished Scholar na NC State.

"A computação de DNA tem enfrentado o desafio de como armazenar, recuperar e computar quando os dados estão sendo armazenados na forma de ácidos nucleicos", diz Keung.

"Para a computação eletrônica, o fato de todos os componentes de um dispositivo serem compatíveis é uma das razões pelas quais essas tecnologias são atraentes. Mas, até o momento, tem sido pensado que, embora o armazenamento de dados de DNA possa ser útil para armazenamento de dados de longo prazo, seria difícil ou impossível desenvolver uma tecnologia de DNA que abrangesse toda a gama de operações encontradas em dispositivos eletrônicos tradicionais: armazenar e mover dados; a capacidade de ler, apagar, reescrever, recarregar ou computar arquivos de dados específicos; e fazer todas essas coisas de maneiras programáveis e repetíveis.

"Demonstramos que essas tecnologias baseadas em DNA são viáveis porque criamos uma."

A nova tecnologia é possível graças a técnicas recentes que permitiram a criação de materiais poliméricos macios com morfologias únicas.

"Especificamente, criamos estruturas poliméricas que chamamos de dendricoloides — elas começam na microescala, mas se ramificam umas das outras de forma hierárquica para criar uma rede de fibras em nanoescala", diz Orlin Velev, coautor correspondente e professor emérito de Engenharia Química e Biomolecular S. Frank e Doris Culberson na NC State.

"Essa morfologia cria uma estrutura com uma alta área de superfície , o que nos permite depositar DNA entre as nanofibrilas sem sacrificar a densidade de dados que torna o DNA atraente para armazenamento de dados em primeiro lugar."

"Você poderia colocar os dados de mil laptops em um armazenamento baseado em DNA do mesmo tamanho de uma borracha de lápis", diz Keung.

"A capacidade de distinguir informações de DNA das nanofibras nas quais elas estão armazenadas nos permite executar muitas das mesmas funções que você pode executar com dispositivos eletrônicos", diz Kevin Lin, primeiro autor do artigo e ex-aluno de doutorado na NC State.

"Podemos copiar informações de DNA diretamente da superfície do material sem danificar o DNA. Também podemos apagar pedaços de DNA alvos e então reescrever na mesma superfície, como deletar e reescrever informações armazenadas no disco rígido. Isso essencialmente nos permite conduzir toda a gama de funções de armazenamento e computação de dados de DNA. Além disso, descobrimos que quando depositamos DNA no material dendricoloide, o material ajuda a preservar o DNA."

"Podemos dizer que a equipe de Keung está fornecendo o equivalente a microcircuitos, e o material dendricoloidal que minha equipe cria fornece a placa de circuito", diz Velev.

Os pesquisadores demonstraram que a nova tecnologia de armazenamento de dados e computação — que eles chamam de "armazenamento primordial de DNA e mecanismo de computação" — é capaz de resolver problemas simples de sudoku e xadrez. Os testes sugerem que ela poderia armazenar dados com segurança por milhares de anos em espaços disponíveis comercialmente sem degradar o DNA que armazena informações.

"Além disso, o próprio material hospedeiro dendrocoloidal é relativamente barato e fácil de fabricar", diz Velev.

"Há muita empolgação sobre armazenamento e computação de dados moleculares, mas há questões significativas sobre quão prático o campo pode ser", diz Keung. "Olhamos para a história da computação e como a criação do ENIAC inspirou o campo. Queríamos desenvolver algo que inspirasse o campo da computação molecular. E esperamos que o que fizemos aqui seja um passo nessa direção."

O artigo foi coautorado por Kevin Volkel e Andrew Clark, ex-alunos de doutorado na NC State; Cyrus Cao e Rachel Polak, alunos de doutorado na NC State; Adriana San Miguel, professora associada de engenharia química e biomolecular na NC State; James Tuck, professor de engenharia elétrica e de computação na NC State; Winston Timp, professor associado de engenharia biomédica na Universidade Johns Hopkins; e Paul Hook, pesquisador de pós-doutorado na Johns Hopkins.