Armazenamento de dados digitais em DNA
O armazenamento de dados digitais em ADN é o processo de codificação e decodificação de dados binários de e para cadeias sintetizadas de ADN.
São possíveis inúmeros métodos para codificar dados no ADN. Os métodos ideais são aqueles que fazem uso econômico do ADN e de proteção contra erros. Se o ADN da mensagem for armazenado por um longo período de tempo, por exemplo, 1 000 anos, também é útil se a sequência for obviamente artificial e o quadro de leitura for fácil de identificar.
Codificação de texto
Vários métodos simples para codificação de texto foram propostos. A maioria deles envolve a tradução de cada letra em um "códon" correspondente, consistindo em uma pequena sequência única de nucleotídeos em uma tabela de consulta. Alguns exemplos desses esquemas de codificação incluem códigos de Huffman, códigos de vírgula e códigos alternados.
Codificação de dados arbitrários
Para codificar dados arbitrários no ADN, os dados são tipicamente convertidos primariamente em dados ternários (base 3) em vez de dados binários (base 2). Cada dígito (ou "trit") é então convertido em um nucleotídeo usando uma tabela de consulta. Para evitar homopolímeros (nucleotídeos repetitivos), que podem causar problemas com o sequenciamento preciso, o resultado da pesquisa também depende do nucleotídeo anterior. Usando a tabela de consulta de exemplo abaixo, se o nucleotídeo anterior na sequência for T (timina) e o trit for 2, o próximo nucleotídeo será G (guanina). Vários sistemas podem ser incorporados para particionar e endereçar os dados, bem como protegê-los de erros. Uma abordagem para a correção de erros é intercalar regularmente nucleotídeos de sincronização entre os nucleotídeos que codificam informações. Esses nucleotídeos de sincronização podem atuar como andaimes ao reconstruir a sequência de múltiplas cadeias sobrepostas.
O código genético dentro dos organismos vivos pode potencialmente ser cooptado para armazenar informações. Além disso, a biologia sintética pode ser usada para projetar células com "registradores moleculares" para permitir o armazenamento e recuperação de informações armazenadas no material genético da célula. A edição de genes CRISPR também pode ser usada para inserir sequências artificiais de ADN no genoma da célula. Para codificar dados de linhagem de desenvolvimento (gravador de voo molecular), aproximadamente 30 trilhões de núcleos celulares por camundongo * 60 locais de gravação por núcleo * 7-15 bits por local fornecem cerca de 2 terabytes para gravação por camundongo (mas apenas se lidos seletivamente).
A ideia de armazenamento de dados digitais em ADN remonta a 1959, quando o físico Richard P. Feynman, em "Há muito espaço no fundo: um convite para entrar em um novo campo da física" delineou as perspectivas gerais para a criação de objetos artificiais semelhantes a objetos do microcosmo (incluindo biológicos) e com capacidades semelhantes ou até mais extensas. Em 1964-65, Mikhail Samoilovich Neiman, o físico soviético, publicou 3 artigos sobre microminiaturização em eletrônica no nível molecular-atômico, que apresentavam de forma independente considerações gerais e alguns cálculos sobre a possibilidade de gravação, armazenamento e recuperação de informações sobre o ADN sintetizado e moléculas de ARN. Após a primeira publicação de Neiman e depois de receber pelo Editor o manuscrito de seu segundo artigo (8 de janeiro de 1964, conforme indicado naquele jornal), a entrevista com o cibernético Norbert Wiener foi publicada. N. Wiener expressou ideias sobre a miniaturização da memória do computador, próximas às ideias propostas por Neiman de forma independente. Essas ideias de Wiener foram mencionadas por Neiman no terceiro de seus artigos. Esta história é descrita em detalhes.
Em 21 de janeiro de 2015, Nick Goldman do Instituto Europeu de Bioinformática (EBI), um dos autores originais do artigo da Nature de 2013, anunciou o Desafio do Bitcoin de Davos na reunião anual do Fórum Econômico Mundial em Davos. Durante sua apresentação, tubos de ADN foram entregues ao público, com a mensagem de que cada tubo continha a chave privada de exatamente um bitcoin, tudo codificado em ADN. O primeiro a sequenciar e decodificar o ADN poderia reivindicar o bitcoin e vencer o desafio. O desafio foi definido por três anos e terminaria se ninguém reivindicasse o prêmio antes de 21 de janeiro de 2018. Quase três anos depois, em 19 de janeiro de 2018, o EBI anunciou que um estudante belga de doutorado, Sander Wuyts, da Universidade de Antuérpia e Vrije Universiteit Brussel, foi o primeiro a concluir o desafio. Ao lado das instruções sobre como reivindicar o bitcoin (armazenado como texto simples e arquivo PDF), o logotipo do EBI, o logotipo da empresa que imprimiu o ADN (CustomArray) e um esboço de James Joyce foram recuperados do ADN.
A Biblioteca Lunar, lançada no módulo Beresheet pela Arch Mission Foundation, carrega informações codificadas no ADN, que inclui 20 livros famosos e 10 000 imagens. Essa foi uma das escolhas ideais de armazenamento, pois o ADN pode durar um período imenso de tempo. A Arch Mission Foundation sugere que ainda pode ser lido depois de bilhões de anos.
O conceito de ADN das Coisas (AdC) ou DNA das Coisas, do inglês: DNA of Things (DoT), foi introduzido em 2019 por uma equipe de pesquisadores de Israel e da Suíça, incluindo Yaniv Erlich e Robert Grass. O AdC codifica dados digitais em moléculas de ADN, que são incorporadas a objetos. Isso dá a capacidade de criar objetos que carregam seu próprio projeto, semelhante a organismos biológicos. Em contraste com a Internet das coisas, que é um sistema de dispositivos de computação interrelacionados, o AdC cria objetos que são objetos de armazenamento independentes, completamente fora de rede (off-the-grid). Como prova de conceito para o AdC, o pesquisador imprimiu em 3D um coelho de Stanford que contém seu projeto no filamento de plástico usado para impressão. Cortando um pedacinho da orelha do coelho, eles conseguiram ler o projeto, multiplicá-lo e produzir uma próxima geração de coelhos. Além disso, a capacidade do AdC de servir para fins esteganográficos foi demonstrada pela produção de lentes indistinguíveis que contêm um vídeo do YouTube integrado ao material.
