ADN: o minúsculo cofre que pode guardar todos os dados do mundo

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Porquê guardar dados em ADN?

Além da densidade de armazenamento incomparável, o ADN oferece longevidade e eficiência energética. Em termos de densidade, a vantagem é difícil de imaginar: estima-se que a técnica permita uma densidade até 100 milhões de vezes superior à dos dispositivos atuais. Assim, um volume que hoje guarda 1 MB de dados poderia, teoricamente, armazenar 100 TB recorrendo a ADN.

Mas não é só espaço que conta. Atualmente, enormes centros de dados consomem cerca de 3% de toda a eletricidade mundial e emitem 2% dos gases de carbono, em parte para manter frescos milhares de discos e servidores. Por outro lado, o ADN mantêm a informação sem necessitar de energia enquanto não está a ser lido ou escrito, reduzindo drasticamente o custo energético.

Além disso, a estabilidade química do ADN significa que os dados ali gravados não exigem migrações constantes para novos discos a cada poucos anos – um ficheiro em ADN pode permanecer legível durante séculos ou milénios, como provam fósseis com material genético intacto. Em suma, o ADN promete resolver de forma elegante o dilema de como arquivar o dilúvio de dados do século XXI de forma densa e permanente.

Da ideia à prática: avanços impressionantes

Não se trata apenas de teoria distante. Nos últimos anos, cientistas e empresas têm alcançado marcos “fora da caixa” nesta tecnologia. Em 2019, a Microsoft e a Universidade de Washington demonstraram o primeiro sistema automatizado de armazenamento em ADN de ponta a ponta. Embora inicial, a experiência mostrou ser possível converter dados digitais (0s e 1s) em sequências de nucleótidos (A, C, G, T), sintetizá-las como ADN e depois recuperar novamente a informação digital.

Nessa prova de conceito, porém, os números ainda estavam longe do ideal: apenas para codificar e ler a palavra “hello” foram necessárias 21 horas e um equipamento avaliado em mais de 9 mil euros. Ainda assim, foi um passo histórico.

Em 2020, a Netflix aliou-se a investigadores para guardar um episódio completo de uma série em ADN sintético, demonstrando a viabilidade do conceito numa aplicação de média. Nesta iniciativa, destacou-se que em teoria um grama de ADN pode armazenar 200 exabytes e que poucos gramas bastariam para arquivar todos os conteúdos da Netflix e muito mais.

Entretanto, start-ups especializadas emergem para trazer esta visão ao mercado. No final de 2023, a empresa francesa Biomemory começou a oferecer os primeiros “chips” de ADN comerciais – pequenas amostras de ADN capazes de armazenar dados digitais. Por enquanto, a capacidade é simbólica (alguns kilobytes por chip) e o preço elevadíssimo (cerca de 1000 dólares por apenas 1 KB), mas marca o início de uma nova indústria.

Consórcios internacionais como a DNA Data Storage Alliance já definem normas e projetam que esta tecnologia poderá suprir até dois terços da crescente procura por armazenamento até 2030. Tudo isto indica que gigantes tecnológicos e centros de investigação levam a sério o ADN como sucessor da fita magnética e do disco ótico para arquivo de longo prazo.

Desafios “fora da caixa” e como estão a ser superados

Os maiores obstáculos deste “disco de ADN” residem nos processos de escrita e leitura. Sintetizar ADN (escrever dados) e sequenciar ADN (ler dados) são operações atualmente lentas e custosas. Além disso, podem introduzir erros – por exemplo, falhas na síntese podem trocar ou perder nucleótidos, corrompendo a informação.

Contudo, investigadores estão a pensar “fora da caixa” para resolver estes entraves. Por exemplo, uma equipa do Instituto Technion em Israel desenvolveu recentemente um método apoiado em Inteligência Artificial que acelera a leitura de dados em ADN em 3200 vezes. Usando algoritmos avançados, conseguiram ler 100 MB de dados de ADN em apenas 10 minutos, quando antes métodos fiáveis demoravam vários dias.

Paralelamente, cientistas chineses criaram uma técnica inspirada em células vivas para escrever múltiplos bits em paralelo no ADN, em vez do antigo processo linear bit a bit. Ao usar blocos pré-fabricados de nucleótidos e modificações químicas, conseguiram codificar imagens digitais em sequências de ADN com muito mais rapidez e menor erro.

Essas inovações indicam que, embora os desafios sejam grandes, soluções engenhosas estão a surgir.

O futuro: bibliotecas numa gota e dados eternos

Apesar dos obstáculos, os especialistas acreditam que o ADN poderá ser usado em larga escala para armazenamento arquivístico de longo prazo. Assim, empresas e investigadores de ponta continuarão a apostar em soluções fora da lógica tradicional para tornar o ADN no próximo grande meio de armazenamento.

Consequentemente, podemos antecipar que nas próximas décadas surjam os primeiros sistemas de arquivo em ADN operacionais em centros de dados – possivelmente a começar por instituições que precisam de reter quantidades massivas de informação por longos períodos, como arquivos nacionais, bibliotecas ou empresas de cloud.

A longo prazo, quem sabe, talvez um dia os nossos netos estranhem o conceito de “disco rígido” giratório ou de “pen drive” eletrónica, tal como hoje estranhamos os disquetes magnéticos. Em vez disso, poderão visitar uma biblioteca de dados e deparar-se com prateleiras de tubos etiquetados, cada qual contendo biliões de bases de ADN sintético armazenando vídeos, documentos ou até códigos de programas.

Por mais inusitado que pareça, a convergência entre biologia e tecnologia pode fazer do ADN o cofre diminuto e robusto onde confiamos a nossa era digital – um verdadeiro repositório molecular que transforma ficção científica em realidade, para benefício de toda a sociedade.