Que desafios precisam ser superados para tornar os chips de DNA mais aplicáveis ​​como mídia de armazenamento

Que desafios precisam ser superados para tornar os chips de DNA mais aplicáveis ​​como mídia de armazenamento

Carimbo de data / hora: 24 de agosto de 2023, 4h
Nó Fonte: 2845390
24 de agosto de 2023 (Notícias do Nanowerk) A molécula hereditária de DNA pode armazenar uma grande quantidade de informações durante longos períodos de tempo em um espaço muito pequeno. Há já dez anos que os cientistas têm perseguido o objectivo de desenvolver chips de ADN para a tecnologia informática, por exemplo, para o arquivamento de dados a longo prazo. Esses chips seriam superiores aos chips convencionais baseados em silício em termos de densidade de armazenamento, longevidade e sustentabilidade. Quatro blocos de construção básicos recorrentes são encontrados em uma fita de DNA. Uma sequência específica desses blocos pode ser usada para codificar informações, assim como a natureza faz. Para construir um chip de DNA, o DNA correspondentemente codificado deve ser sintetizado e estabilizado. Se isto funcionar bem, a informação é preservada durante muito tempo – os investigadores assumem vários milhares de anos. As informações podem ser recuperadas lendo e decodificando automaticamente a sequência dos quatro blocos básicos de construção. Informações podem ser armazenadas na forma de DNA em chips feitos de nanocelulose semicondutora As informações podem ser armazenadas na forma de DNA em chips feitos de nanocelulose semicondutora. Proteínas controladas pela luz leem as informações. (Imagem: Universidade de Würzburg)

Que desafios precisam ser superados

“O fato de que o armazenamento digital de dados de DNA com alta capacidade e longa vida útil é viável foi demonstrado várias vezes nos últimos anos”, diz o professor Thomas Dandekar, chefe da Cátedra de Bioinformática da Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. “Mas os custos de armazenamento são elevados, perto de 400,000 mil dólares por megabyte, e a informação armazenada no ADN só pode ser recuperada lentamente. Leva horas ou dias, dependendo da quantidade de dados.” Esses desafios devem ser superados para que Armazenamento de dados de DNA mais aplicável e comercializável. Ferramentas adequadas para isso são enzimas controladas por luz e software de design de redes de proteínas. Thomas Dandekar e os membros da sua equipe presidente, Aman Akash e Elena Bencurova, discutem isso em uma revisão recente na revista Tendências em Biotecnologia (“Como tornar o armazenamento de dados de DNA mais aplicável”). A equipe de Dandekar está convencida de que o DNA tem futuro como armazenamento de dados. Na revista, os pesquisadores da JMU mostram como uma combinação de biologia molecular, nanotecnologia, novos polímeros, eletrônica e automação, juntamente com o desenvolvimento sistemático, poderão tornar possível o armazenamento de dados de DNA útil para o uso diário em alguns anos.

Chips de DNA feitos de nanocelulose

No Biocentro JMU, a equipe de Dandekar está desenvolvendo chips de DNA feitos de semicondutores, produzidos por bactérias nanocelulose. “Com nossa prova de conceito, podemos mostrar como a atual eletrônica e a tecnologia computacional podem ser parcialmente substituídas por componentes biológicos moleculares”, afirma o professor. Desta forma, seria possível alcançar a sustentabilidade, a total reciclabilidade e a elevada robustez, mesmo contra impulsos eletromagnéticos ou falhas de energia, mas também uma elevada densidade de armazenamento de até mil milhões de gigabytes por grama de ADN. Thomas Dandekar classifica o desenvolvimento de chips de ADN como altamente relevante: “Só perduraremos como civilização a longo prazo se dermos o salto para este novo tipo de tecnologia informática sustentável que combina a biologia molecular com a electrónica e a nova tecnologia de polímeros”. O que é importante para a humanidade, disse ele, é avançar para uma economia circular em harmonia com as fronteiras planetárias e o ambiente. “Precisamos alcançar isso em 20 a 30 anos. A tecnologia de chips é um exemplo importante disso, mas as tecnologias sustentáveis ​​para produzir chips sem lixo eletrônico e poluição ambiental ainda não estão maduras. Nosso conceito de chip de nanocelulose dá uma contribuição valiosa para isso. No novo artigo, examinamos criticamente nosso conceito e avançamos ainda mais com as inovações atuais da pesquisa.”

Melhorando ainda mais a mídia de armazenamento de DNA

A equipe de Dandekar está atualmente trabalhando para combinar ainda melhor os chips de DNA feitos de nanocelulose semicondutora com as enzimas projetadas que desenvolveram. As enzimas também precisam ser melhoradas. “Desta forma, queremos obter um controle cada vez melhor do meio de armazenamento de DNA e poder armazenar ainda mais nele, mas também economizar custos e, assim, passo a passo, permitir o uso prático como meio de armazenamento na vida cotidiana.”

Mais três publicações sobre o tema

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Montenegro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Compósitos de nanocelulose como dispositivos inteligentes com chassi, armazenamento de DNA direcionado por luz, propriedades eletrônicas projetadas e integração de chips. Frente Bioeng Biotechnol. 2022 de agosto de 8;10:869111. doi: 10.3389/fbioe.2022.869111 Salihoglu R, Srivastava M, Liang C, Schilling K, Szalay A, Bencurova E, Dandekar T. PRO-Simat: Simulação de rede de proteínas e ferramenta de design. Estrutura de Computação Biotechnol J. 2023 de abril de 26;21:2767-2779. doi: 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. Armazenamento de DNA - da biologia natural à biologia sintética. Estrutura de Computação Biotechnol J. 2023 de fevereiro de 2;21:1227-1235. doi: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

Carimbo de hora:

Mais de Nanoenergia