Como podemos armazenar dados digitais no ADN

Das disquetes às "pen drives", todos os métodos de armazenagem de dados acabam por se tornar obsoleto. E se pudéssemos encontrar uma maneira de armazenar todos os dados do mundo para sempre? A bioinformática Dina Zielinski partilha a ciência por detrás de uma solução que existe há alguns milhares de milhões de anos: o ADN.

Todos os filmes já feitos
cabem neste tubo.

Se não o conseguem ver,
é esse o objetivo.

(Risos)

Antes de perceberem
como isso é possível,

é importante perceber
o valor deste feito.

Hoje em dia, todos os nossos
pensamentos e ações

através de fotos e vídeos

— mesmo o exercício físico —

são guardados sob a forma
de informações digitais.

Além de o espaço estar a acabar
nos nossos telemóveis,

raramente pensamos
na nossa pegada digital.

Mas a humanidade gerou
coletivamente mais informações

nos últimos anos

do que jamais na história humana.

Os "big data" tornaram-se
num grande problema.

A armazenagem digital é muito cara,

e nenhum dos dispositivos que temos
aguenta a passagem do tempo.

Há um "website" sem fins lucrativos
chamado Internet Archive.

Além de livros e filmes

podemos aceder a páginas "web"
criadas desde 1996.

Isto é muito tentador,

mas eu decidi recuar no tempo
e ver o humilde "site" inicial do TED.

Como veem, mudou bastante
nos últimos 30 anos.

Isto levou-me ao primeiro TED, em 1984

que, por acaso, era um executivo da Sony

a explicar como funcionava um CD.

(Risos)

É realmente incrível
poder voltar atrás no tempo

e aceder a este momento.

É também fascinante que,
após 30 anos, depois desse primeiro TED,

ainda falemos sobre armazenagem digital.

Se olharmos para 30 anos mais atrás,

a IBM lançou o primeiro
disco rígido de sempre em 1956.

Está aqui a ser carregado para embarque
perante uma pequena audiência.

Guardava o equivalente
a uma música em MP3

e pesava uma tonelada.

A 10 000 dólares por "megabyte",

penso que ninguém nesta sala
estaria interessado em comprá-lo,

exceto talvez como um artigo de coleção.

Mas é o melhor que se fazia naquele tempo.

Percorremos um caminho muito longo
em armazenagem digital.

Os equipamentos evoluíram drasticamente.

Mas todos os meios se desgastam
ou tornam-se obsoletos.

Se alguém vos desse hoje uma disquete
para guardar a vossa apresentação,

estranhariam e olhariam para ele,
talvez mesmo a sorrir,

mas não teriam qualquer forma de usá-la.

Estes equipamentos já não armazenam
de acordo com as nossas necessidades,

embora alguns deles possam ter novos usos.

Toda a tecnologia acaba por morrer
ou por se perder,

juntamente com as nossas informações,

com todas as nossas memórias.

Temos a ilusão de que os problemas
de armazenagem foram resolvidos

mas, na realidade, só os externalizamos.

Não nos preocupamos com a armazenagem
dos nossos "emails" e fotos.

Eles estão na nuvem.

Mas nos bastidores,
a armazenagem é problemática.

Na verdade, a nuvem não é mais
do que muitos discos rígidos.

Podemos argumentar que a maioria
das informações digitais não é crítica.

Claro que podíamos apagá-las.

Mas como podemos saber
o que é importante hoje?

Aprendemos tanto acerca da história humana

a partir de desenhos e gravuras em grutas,

a partir de tábuas de pedra.

Decifrámos línguas
a partir da Pedra de Roseta.

Mas sabem, nunca saberemos
a história toda.

As nossas informações
são a nossa história,

ainda mais nos dias de hoje.

Não teremos o nosso registo
gravado em tábuas de pedra.

Mas não temos de escolher agora
o que é importante.

Há uma forma de guardar tudo.

Ao que parece, há uma solução
há muito tempo,

há uns milhares de milhões de anos,

e está neste tubo.

O ADN é o instrumento
mais antigo da Natureza.

Afinal de contas, contém
todas as informações necessárias

para construir e manter um ser humano.

Mas o que torna o ADN tão bom?

Olhemos para o nosso ADN
como um exemplo.

Se pudéssemos imprimir todos
os três mil milhões dos A, T, C e G

num tipo de letra e formato padrão,

e se depois amontoássemos
todos esses papéis,

atingiriam cerca de 130 metros de altura,

algo entre a Estátua da Liberdade
e o Monumento a Washington.

Se convertêssemos todos
esses A, T, C e G

em informação digital
— em zeros e uns —

atingiríamos alguns gigas.

Isso está dentro de cada célula
do nosso corpo.

Temos mais de 30 biliões de células.

Vocês já perceberam:

o ADN pode armazenar toneladas
de informações num espaço minúsculo.

O ADN também é muito resistente,

e não precisa de eletricidade
para armazenar.

Sabemos disso porque os cientistas
recuperaram ADN de antigos seres humanos

que viveram há centenas
de milhares de anos.

Um deles foi o Ötzi, o Homem das Neves.

Pelos vistos, ele era austríaco.

(Risos)

Foi encontrado bem preservado,
a elevada altitude,

nas montanhas entre a Itália e a Áustria,

e, ao que parece, ele tem
parentes vivos aqui na Áustria.

Por isso, um de vocês
pode ser primo do Ötzi.

(Risos)

A questão é que temos uma oportunidade
melhor de recuperação de informações

a partir de um ser humano antigo

do que de um telemóvel antigo.

É, também, muito menos provável
que percamos a capacidade de ler o ADN,

do que qualquer aparelho
fabricado pelo homem.

Cada novo formato de armazenagem
exige uma nova maneira para o ler.

Sempre conseguiremos ler o ADN.

Se não pudermos continuar a sequenciar,
temos problemas maiores

do que nos preocuparmos
com a armazenagem de dados.

Armazenar dados no ADN não é novo.

A Natureza tem feito isso
há milhares de milhões de anos.

De facto, todos os seres vivos

são um dispositivo
de armazenagem de ADN.

Mas como armazenamos dados no ADN?

Esta é a Foto 51.

É a primeira foto de ADN,

feita há cerca de 60 anos.

Foi nessa época que a IBM
lançou esse mesmo disco rígido.

A nossa compreensão do digital,
da armazenagem e do ADN evoluíram.

Primeiro aprendemos
a sequenciar ou ler o ADN

e, logo depois,
a escrevê-lo ou a sintetizá-lo.

É assim que aprendemos
uma nova linguagem.

Agora conseguimos ler,
escrever e copiar o ADN.

Estamos sempre a fazer isso
no laboratório.

Então qualquer coisa que possa
ser armazenada como zeros e uns

pode ser armazenada no ADN.

Para armazenar algo digitalmente,
como esta foto,

nós convertemo-la
em "bits", ou seja, dígitos binários.

Cada pixel numa foto a preto e branco
é simplesmente um zero ou um um.

Podemos escrever no ADN

tal como uma impressora de jato de tinta
pode imprimir letras numa página.

Apenas temos de converter os dados,
todos esses zeros e uns,

em A, T, C e G,

e depois enviar isso
para uma empresa de síntese.

Assim, nós escrevemos,
podemos armazená-lo,

e quando quisermos recuperar os dados,
basta-nos sequenciá-los.

A parte divertida de tudo isto
é decidir quais os ficheiros a incluir.

Somos cientistas sérios,
tivemos de incluir um manuscrito

para uma boa posteridade.

Também incluímos um cartão-presente
da Amazon de 50 dólares

— não fiquem muito animados,
já foi gasto, alguém o descodificou —

bem como um sistema operativo,

um dos primeiros filmes feitos

e uma placa Pioneer.

Alguns de vocês
podem ter visto isso.

Tem a representação de um homem e mulher
— supostamente típicos —

e a nossa localização aproximada
no sistema solar,

no caso de a sonda Pioneer
encontrar extraterrestres.

Depois de decidimos
que tipo de arquivo queremos codificar,

empacotamos os dados,

convertemos os zeros e uns
em A, T, C e G,

e depois enviamos esse arquivo
para uma empresa de síntese.

E foi isto o que nos devolveram.

Os nossos ficheiros estavam neste tubo.

Tudo o que tivemos
de fazer foi sequenciá-los.

Isso tudo parece muito fácil,

mas a diferença entre
uma ideia muito fixe e divertida

e algo que realmente possamos usar

está a ignorar os desafios práticos.

Embora o ADN seja mais robusto

do que qualquer dispositivo
feito pelo homem,

não é perfeito.

Tem algumas fragilidades.

Recuperamos a nossa mensagem
sequenciando o ADN,

mas, sempre que os dados são recuperados,

perdemos o ADN.

Isso é apenas uma parte
do processo de sequenciamento.

Não queremos ficar sem dados,

Felizmente, há uma maneira
de copiar o ADN

o que ainda é mais barato e fácil
do que sintetizá-lo.

Testámos uma maneira de fazer
200 biliões de cópias dos ficheiros,

e recuperámos todos os dados sem erros.

O sequenciamento
também introduz erros no ADN,

nos A, T, C e G.

A Natureza tem uma forma
de lidar com isso nas nossas células.

Mas os nossos dados são armazenados
no ADN sintético num tubo,

por isso tivemos de encontrar uma forma
de superar esse problema.

Decidimos usar um algoritmo
que era usado para transmitir vídeos.

Quando estamos a transmitir um vídeo,

estamos essencialmente a tentar recuperar
o vídeo original, o ficheiro original.

Quando estamos a tentar recuperar
os nossos ficheiros originais,

estamos a sequenciar.

Mas esses dois processos tratam
de recuperar suficientes zeros e uns

para reunir os nossos dados.

E assim, devido
à nossa estratégia de codificação,

conseguimos empacotar
todos os nossos dados

de um modo que nos permitiu fazer
milhões e biliões de cópias

e ainda recuperamos sempre
todos os nossos arquivos.

Este é o filme que codificámos.

É um dos primeiros filmes feitos,

e agora o primeiro a ser copiado
mais de 200 biliões de vezes em ADN.

Pouco depois de o nosso trabalho
ter sido publicado,

participámos num "Ask Me Anything"
no "site reddit".

Quem é fanático da informática
conhece bem este "site".

A maioria das perguntas foram ponderadas.

Algumas eram cómicas.

Por exemplo, um utilizador queria saber
quando teríamos uma "pen drive" literal.

Agora, a questão é que

o nosso ADN já armazena tudo o necessário
para fazer de nós quem somos.

É muito mais seguro
armazenar dados no ADN

no ADN sintético num tubo.

Escrever e ler dados do ADN
é obviamente muito mais demorado

do que gravar todos os
ficheiros num disco rígido

— por enquanto.

Inicialmente, devemos concentrar-nos
na armazenagem a longo prazo.

A maioria dos dados são efémeros.

É realmente difícil perceber
o que é importante hoje,

ou o que será importante
para as gerações futuras.

Mas a questão é que
não temos de decidir hoje.

Há um ótimo programa da UNESCO
chamado "Memória do Mundo".

Foi criado para preservar
materiais históricos

que são considerados de valor
para toda a humanidade.

Os itens são nomeados
para serem adicionado à coleção,

incluindo o filme que codificámos.

Embora seja uma maneira maravilhosa
de preservar o património humano,

não precisa de ser uma escolha.

Em vez de perguntarmos
à geração atual — nós —

o que pode ser importante no futuro,

podíamos armazenar tudo no ADN.

A armazenagem não é apenas
a quantidade de "bytes",

é também até que ponto podemos
armazenar bem os dados e recuperá-los.

Sempre houve esta tensão
entre a quantidade de dados

que podemos gerar
e quanto podemos recuperar

e quanto podemos armazenar.

Cada avanço na gravação de dados
exigiu uma nova maneira de lê-los.

Já não podemos ler "media" antigos.

Quem aqui ainda tem
uma unidade de disco no seu portátil,

para não falar de uma unidade de disquete?

Isso nunca acontecerá com o ADN.

Enquanto estivermos por aí,
o ADN estará por aí,

e vamos encontrar
uma maneira de sequenciá-lo.

Arquivar o mundo à nossa volta
faz parte da natureza humana.

Este é o progresso que fizemos
em armazenagem digital em 60 anos,

numa época em que estávamos apenas
a começar a entender o ADN.

No entanto, fizemos progressos semelhantes
em metade desse tempo

com os sequenciadores de ADN

e, enquanto estivermos por aqui,
o ADN nunca será obsoleto.

Obrigada.

(Aplausos)