A equipe do Rice analisa células para armazenamento sofisticado de dados: National Science Foundation apóia esforços para transformar células vivas em equivalentes à RAM do computador

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O apoio da National Science Foundation ajudará os pesquisadores da Rice University a transformar células vivas, começando com bactérias, em dispositivos de memória de acesso aleatório. Estes poderão armazenar e relatar dados sobre seus ambientes.
CRÉDITO
Laboratório Silberg/Universidade Rice

Abstrato:
Lembra da Escherichia coli? Em breve, essas bactérias úteis também podem se lembrar de você, agora que os biólogos sintéticos da Rice University ganharam o apoio da National Science Foundation (NSF) para modificar células vivas para atuar como dispositivos de armazenamento de memória.

Equipe Rice procura células para armazenamento de dados sofisticado: National Science Foundation apoia esforço para transformar células vivas em equivalentes de RAM de computador

Houston, TX | Postado em 19 de agosto de 2022

A agência enviará US$ 1.5 milhão para Rice para pesquisa do investigador principal Jonathan Silberg, professor de bioquímica do Stewart Memorial, e seus colegas para fazer o equivalente a memórias de leitura-escrita-apagamento comumente encontradas em computadores e outros dispositivos.

Essas células programáveis, começando pela E. coli, serão capazes de capturar e armazenar informações sobre seus ambientes para análise posterior pelos pesquisadores.

“As células leem informações dinâmicas sobre seu habitat local, processam essas informações para tomar decisões comportamentais e armazenam algumas dessas informações em suas biomoléculas”, disse Silberg, diretor do Ph.D de Sistemas, Biologia Sintética e Física da Rice. programa. “Embora as células tenham o potencial de serem integradas com materiais semicondutores para criar toda uma nova geração de tecnologias sustentáveis que lêem informações armazenadas em biomoléculas, continuamos limitados em nossa capacidade de interagir células e materiais para criar dispositivos bioeletrônicos úteis”.

Os co-investigadores principais são Rafael Verduzco, professor de engenharia química e biomolecular e ciência de materiais e nanoengenharia, James Chappell, professor assistente de biociências e bioengenharia, e Caroline Ajo-Franklin, professora de biociências e bioengenharia.

“As células já podem ser programadas para atuar como memória somente leitura (ROM), armazenando seus dados no DNA”, disse Chappell. “Na verdade, a memória biológica pode atingir densidades de informação que excedem os dispositivos de armazenamento de memória comercial. No entanto, imitar a memória de acesso aleatório (RAM) e seus vários recursos de leitura, gravação e exclusão é o desafio que pretendemos resolver.”

Primeiro, em vez de codificar dados diretamente no DNA, a equipe codificará centenas de bytes de informação dentro de biomoléculas de RNA sintéticas que residem dentro das células, que também serão programadas para sintetizar pequenas moléculas redox-ativas que transportam informações de e para o mundo exterior.

Do lado de fora, a memória codificada dentro dessas moléculas redox-ativas pode ser lida rapidamente por polímeros semicondutores, equivalentes aos fios e eletrônicos associados que transportam informações de um processador de computador para uma tela.

Isso exigirá uma interface para ler e gravar dados. Os pesquisadores estão projetando câmaras à base de hidrogel imprimíveis que contêm os micróbios e eletrônicos associados para ler as pequenas moléculas que passam pelas membranas das células.

Isso permitirá que as células sejam programadas rapidamente para capturar informações sobre uma variedade de alvos. E tudo isso tem que ser feito sem prejudicar as próprias células.

Espera-se que a RAM criada nessas células seja estável por dias a semanas ou até mais, embora esse aspecto dos dispositivos bioeletrônicos propostos exija caracterização para entender completamente o potencial da tecnologia, disse Silberg.

Ele observou que todo esse trabalho exigirá experiência em muitas disciplinas para criar interfaces elétricas entre micróbios e materiais, incluindo biologia de RNA, eletroquímica microbiana, engenharia biomolecular, engenharia metabólica e polímeros semicondutores.

“Na Rice, temos diversos pesquisadores em ciência de materiais e biologia sintética que estão interessados em fazer a interface de materiais avançados com sistemas microbianos”, disse Silberg.

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Sobre a Rice University
Localizada em um campus florestal de 300 acres em Houston, a Rice University é consistentemente classificada entre as 20 melhores universidades do país pelo US News & World Report. Rice tem escolas altamente respeitadas de Arquitetura, Negócios, Estudos Continuados, Engenharia, Humanidades, Música, Ciências Naturais e Ciências Sociais e é sede do Instituto Baker de Políticas Públicas. Com 4,240 alunos de graduação e 3,972 alunos de pós-graduação, a proporção de alunos de graduação para professores de Rice é pouco menos de 6 para 1. Seu sistema de faculdades residenciais constrói comunidades unidas e amizades duradouras, apenas uma das razões pelas quais Rice é classificada como No. 1 em muita interação raça / classe e No. 1 em qualidade de vida pela Princeton Review. O arroz também é classificado como o melhor valor entre as universidades privadas pela Kiplinger's Personal Finance.

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