Cientistas conseguiram armazenar dados dentro de células vivas
Usando a ferramenta de edição genética CRISPR, cientistas dos EUA gravaram informações dentro de células vivas, e essas informações foram passadas para as gerações seguintes.
Usando a ferramenta de edição genética CRISPR, cientistas da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram uma técnica que grava permanentemente dados em células vivas. O mais incrível é que a informação impressa nesses microrganismos pode ser passada para as próximas gerações.
A técnica CRISPR está se tornando uma ferramenta bastante versátil. O sistema de edição genética barato e fácil de usar que surgiu na cena biotecnológica há alguns anos está sendo usada para diversas aplicações, incluindo engenharia genética, edição de RNA, modelagem de doenças e até na luta contra retrovírus como o HIV. E agora, como descrito em um artigo científico na Science, ela também pode ser usada para transformar microrganismos humildes em discos rígidos.
Cientistas já fizeram isso antes, mas de uma maneira que era completamente artificial do começo ao fim. Nesses experimentos antigos, a informação era codificada em uma sequência de DNA, o DNA era sintetizado, e pronto – todas as informações permaneciam fora do reino dos organismos vivos. No novo estudo, a equipe de Harvard liderada pelos geneticistas Seth Shipman e Jeff Nivala conseguiu armazenar dados em DNA de uma maneira completamente diferente.
“Escrevemos as informações diretamente no genoma”, disse Nivala ao Gizmodo. “Enquanto a quantidade geral de dados de DNA que temos atualmente armazenados em um genoma é relativamente pequena em comparação com os sistemas artificiais de armazenamento em DNA, acreditamos que o armazenamento de informações baseado em genoma tem muitas vantagens em potencial.” Essas vantagens, ele diz, podem incluir uma fidelidade maior e capacidade de interagir diretamente com a biologia. Por exemplo, uma bactéria pode ser ensinada a reconhecer, fornecer informações, e até matar outros microrganismos, ou fornecer um registro da expressão genética.
“Dependendo de como você calcular, armazenamos entre 30 e 100 bytes de dados,” disse Nivala. “O que é bastante coisa em comparação com os recordes anteriores em células vivas, que era de 11 bits.”
Para fazer isso, os pesquisadores usaram o sistema imunológico interno das bactérias – na forma do CRISPR – para escrever dados diretamente no genoma das células bacterianas. Isso permitiu à bactéria modificada passar essas informações customizadas para a próxima geração, tornando esse tipo de armazenamento de dados biológico extremamente potente e eficiente.
Shipman e Nivala nivelaram a potência do sistema imunológico bacteriano para tornar isso possível. Sempre que um vírus ataca uma bactéria, o CRISPR diligentemente registra os eventos no DNA, o que pode então ser referenciado em caso de um ataque viral renovado. Ele faz isso ao armazenar pequena sequências do DNA viral em si, chamados espaçadores. No experimento, os pesquisadores queriam ver se esses espaçadores poderiam ser adicionados a uma sequência específica, o que criaria uma linha do tempo de quando esses espaçadores foram adicionados.
Os pesquisadores perceberam que essa ordenação temporal dos espaçadores poderia formar a base de um dispositivo de gravação molecular. Durante o experimento, segmentos isolados de DNA eram injetados em uma variante das bactérias E. coli equipadas com o CRISPR/Cas1-Cas2. Mas esses pedaços de DNA não eram arbitrários – eles continham sequências específicas de dados que por sua vez continham sequências específicas de letras escolhidas pelos cientistas. Esses segmentos eram introduzidos um por vez, e a bactéria sistematicamente integrava-os de maneira linearmente coerente para refletir a ordem na qual elas foram introduzidas.
Os pesquisadores só adicionaram alguns poucos espaçadores para demonstrar a teoria deles. Mas considerando que outros espaçadores estão disponíveis, há um número incrivelmente grande de combinações possíveis.
“Esses experimentos estabelecem as bases para um sistema de registro que pode ser usado para monitorar eventos moleculares que ocorrem ao longo de longos períodos de tempo,” disse Nivala. “Por exemplo, isso pode nos ajudar a responder questões como o que acontece com a regulação genética dentro de uma célula conforme ela vai do estado saudável para doente. Ou pode ser usada para registrar informações no ambiente externo da célula, por exemplo a presença de compostos químicos, toxinas ou patógenos específicos.”
Mais adiante, a equipe quer turbinar o sistema para que dados possam ser armazenados mais completamente a nível de células únicas, em vez de usar uma população de células para codificar/decodificar a informação.
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