How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Maricene Crus

I could fit all movies ever made inside of this tube.

Eu poderia colocar todos os filmes já feitos até agora dentro deste tubo.

If you can't see it, that's kind of the point.

Se não conseguem imaginar isso, essa é a ideia.

(Laughter)

(Risos)

Before we understand how this is possible,

Antes de entendermos como isso é possível,

it's important to understand the value of this feat.

é importante entender o valor desse feito.

All of our thoughts and actions these days,

Todos os nossos pensamentos e ações atualmente,

through photos and videos --

por meio de fotos e vídeos,

even our fitness activities --

até mesmo nossas atividades físicas,

are stored as digital data.

são armazenados como dados digitais.

Aside from running out of space

Além de ficar sem espaço em nosso celular,

on our phones,

we rarely think about our digital footprint.

é raro pensarmos em nossa pegada digital.

But humanity has collectively generated more data

Mas a humanidade tem gerado mais dados coletivamente

in the last few years

nos últimos anos

than all of preceding human history.

do que toda a história humana anterior.

Big data has become a big problem.

Big data tornou-se um grande problema.

Digital storage is really expensive,

O armazenamento digital é muito caro,

and none of these devices that we have really stand the test of time.

e nenhum desses dispositivos que temos realmente resistem ao teste do tempo.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

Há um site sem fins lucrativos chamado Internet Archive.

In addition to free books and movies,

Além de livros e filmes gratuitos,

you can access web pages as far back as 1996.

podemos acessar páginas da web desde 1996.

Now, this is very tempting,

Isso é muito tentador,

but I decided to go back and look at the TED website's very humble beginnings.

mas decidi voltar e analisar o início muito modesto do site do TED.

As you can see, it's changed quite a bit in the last 30 years.

Como podemos ver, mudou bastante nos últimos 30 anos.

So this led me to the first-ever TED,

Então, isso me levou ao primeiro TED,

back in 1984,

em 1984,

and it just so happened to be a Sony executive

e era um executivo da Sony

explaining how a compact disk works.

que explicava o funcionamento de um CD.

(Laughter)

(Risos)

Now, it's really incredible to be able to go back in time

É realmente incrível poder voltar no tempo

and access this moment.

e acessar esse momento.

It's also really fascinating that after 30 years, after that first TED,

Também é muito fascinante que, após 30 anos, depois daquele primeiro TED,

we're still talking about digital storage.

ainda estamos falando de armazenamento digital.

Now, if we look back another 30 years,

Se voltarmos mais 30 anos no tempo,

IBM released the first-ever hard drive

veremos que a IBM lançou o primeiro disco rígido

back in 1956.

em 1956.

Here it is being loaded for shipping in front of a small audience.

Aqui está ele sendo carregado para envio, na frente de um pequeno público.

It held the equivalent of one MP3 song

Continha o equivalente a uma música em MP3

and weighed over one ton.

e pesava mais de uma tonelada.

At 10,000 dollars a megabyte,

Ao custo de US$ 10 mil por megabyte,

I don't think anyone in this room would be interested in buying this thing,

acho que ninguém aqui teria interesse em comprá-lo,

exceto talvez como item de colecionador.

except maybe as a collector's item.

But it's the best we could do at the time.

Mas era o melhor que tínhamos na época.

We've come such a long way in data storage.

Percorremos um longo caminho no armazenamento de dados.

Devices have evolved dramatically.

Os dispositivos evoluíram drasticamente.

But all media eventually wear out or become obsolete.

Mas todas as mídias acabam se desgastando ou tornam-se obsoletas.

If someone handed you a floppy drive today to back up your presentation,

Se alguém nos entregasse um disquete hoje para fazer o backup de nossa apresentação,

you'd probably look at them kind of strange, maybe laugh,

talvez olharíamos para eles de modo estranho, talvez riríamos,

but you'd have no way to use the damn thing.

mas não haveria jeito de usar aquilo.

These devices can no longer meet our storage needs,

Esses dispositivos não atendem mais às necessidades de armazenamento,

although some of them can be repurposed.

embora alguns deles possam ser reaproveitados.

All technology eventually dies or is lost,

Toda tecnologia acaba morrendo ou é perdida,

along with our data,

junto com nossos dados,

all of our memories.

todas as nossas memórias.

There's this illusion that the storage problem has been solved,

Há uma ilusão de que o problema de armazenamento foi resolvido,

but really, we all just externalize it.

mas, na verdade, todos nós apenas o exteriorizamos.

We don't worry about storing our emails and our photos.

Não nos preocupamos em armazenar nossos e-mails e nossas fotos.

They're just in the cloud.

Eles estão simplesmente na nuvem.

But behind the scenes, storage is problematic.

Mas, nos bastidores, o armazenamento é problemático.

After all, the cloud is just a lot of hard drives.

Afinal, a nuvem é apenas um monte de discos rígidos.

Now, most digital data, we could argue, is not really critical.

A maioria dos dados digitais, poderíamos argumentar, não é muito importante.

Surely, we could just delete it.

Certamente, poderíamos simplesmente apagá-los.

But how can we really know what's important today?

Mas como podemos realmente saber o que é importante hoje?

We've learned so much about human history

Aprendemos muito sobre a história humana

from drawings and writings in caves,

a partir de desenhos e escritos das cavernas,

from stone tablets.

de lápides de pedra.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

Deciframos idiomas da Pedra de Roseta.

You know, we'll never really have the whole story, though.

No entanto, nunca teremos toda a história.

Our data is our story,

Nossos dados são nossa história,

even more so today.

ainda mais hoje.

We won't have our record recorded on stone tablets.

Não teremos nosso registro gravado em lápides de pedra.

But we don't have to choose what is important now.

Mas não precisamos escolher o que é importante agora.

There's a way to store it all.

Há uma maneira de armazenar tudo.

It turns out that there's a solution that's been around

Acontece que existe uma solução,

for a few billion years,

há alguns bilhões de anos,

and it's actually in this tube.

que, na verdade, está neste tubo.

DNA is nature's oldest storage device.

O DNA é o dispositivo de armazenamento mais antigo da natureza.

After all, it contains all the information necessary

Afinal, contém todas as informações necessárias

to build and maintain a human being.

para construir e manter um ser humano.

But what makes DNA so great?

Mas o que torna o DNA tão bom?

Well, let's take our own genome

Vamos pegar nosso próprio genoma como exemplo.

as an example.

If we were to print out all three billion A's, T's, C's and G's

Se fôssemos imprimir todos os 3 bilhões de As, Ts, Cs e Gs

on a standard font, standard format,

em fonte e formato padrão,

and then we were to stack all of those papers,

e depois empilhássemos todos os papéis,

it would be about 130 meters high,

teríamos cerca de 130 metros de altura,

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

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

Now, if we converted all those A's, T's, C's and G's

Se convertêssemos todos aqueles As, Ts, Cs e Gs

to digital data, to zeroes and ones,

em dados digitais, em zeros e uns,

it would total a few gigs.

isso totalizaria alguns gigabytes.

And that's in each cell of our body.

E isso é em cada célula de nosso corpo.

We have more than 30 trillion cells.

Temos mais de 30 trilhões de células.

You get the idea:

Vocês entenderam:

DNA can store a ton of information in a minuscule space.

o DNA pode armazenar uma tonelada de informações em um espaço minúsculo.

DNA is also very durable,

O DNA também é muito durável

and it doesn't even require electricity to store it.

e nem requer energia elétrica para armazená-lo.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

Sabemos disso porque os cientistas recuperaram o DNA de ancestrais do homem

that lived hundreds of thousands of years ago.

que viveram há centenas de milhares de anos.

One of those is Ötzi the Iceman.

Um deles é Ötzi, o Homem do Gelo.

Turns out, he's Austrian.

Acontece que ele era austríaco.

(Laughter)

(Risos)

He was found high, well-preserved,

Foi encontrado no alto, bem-preservado, nas montanhas entre a Itália e a Áustria,

in the mountains between Italy and Austria,

and it turns out that he has living genetic relatives here in Austria today.

e descobriu-se que ele tem parentes genéticos vivos aqui na Áustria hoje.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

Então, um de vocês poderia ser primo de Ötzi.

(Laughter)

(Risos)

The point is that we have a better chance of recovering information

A questão é que temos uma chance melhor de recuperar informações

from an ancient human

de um ancestral do homem

than we do from an old phone.

do que de um celular antigo.

It's also much less likely that we'll lose the ability to read DNA

Também é muito menos provável que perderemos a capacidade de ler o DNA

than any single man-made device.

do que qualquer dispositivo feito pelo homem.

Every single new storage format requires a new way to read it.

Cada novo formato de armazenamento requer uma nova maneira de leitura.

We'll always be able to read DNA.

Sempre conseguiremos ler o DNA.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

Se não conseguirmos mais sequenciar, teremos problemas maiores

than worrying about data storage.

com que nos preocupar do que com o armazenamento.

Storing data on DNA is not new.

O armazenamento de dados no DNA não é uma novidade.

Nature's been doing it for several billion years.

A natureza vem fazendo isso há vários bilhões de anos.

In fact, every living thing is a DNA storage device.

De fato, todo ser vivo é um dispositivo de armazenamento de DNA.

But how do we store data on DNA?

Mas como armazenamos dados no DNA?

This is Photo 51.

Esta é a Fotografia 51.

It's the first-ever photo of DNA,

É a primeira foto do DNA,

taken about 60 years ago.

tirada há cerca de 60 anos.

This is around the time that that same hard drive was released by IBM.

Isso ocorre na época em que esse mesmo disco rígido foi lançado pela IBM.

So really, our understanding of digital storage and of DNA have coevolved.

Nossa compreensão do armazenamento digital e do DNA evoluíram em conjunto.

We first learned to sequence, or read DNA,

Primeiro, aprendemos a sequenciar, ou ler o DNA,

and very soon after, how to write it,

e, logo depois,

or synthesize it.

como gravá-lo ou sintetizá-lo.

This is much like how we learn a new language.

Isso é muito parecido com o modo como aprendemos um novo idioma.

And now we have the ability to read, write and copy DNA.

Agora temos a capacidade de ler, gravar e copiar o DNA.

We do it in the lab all the time.

Fazemos isso no laboratório o tempo todo.

So anything, really anything, that can be stored as zeroes and ones

Então, qualquer coisa realmente que pode ser armazenada como zeros e uns

can be stored in DNA.

pode ser armazenada no DNA.

To store something digitally, like this photo,

Para armazenar algo digitalmente, como esta foto,

we convert it to bits, or binary digits.

nós a convertemos em bits, ou dígitos binários.

Each pixel in a black-and-white photo is simply a zero or a one.

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

And we can write DNA much like an inkjet printer can print letters on a page.

Podemos gravar o DNA como uma impressora pode imprimir letras em uma página.

We just have to convert our data, all of those zeroes and ones,

Só temos que converter nossos dados, todos esses zeros e uns,

to A's, T's, C's and G's,

em As, Ts, Cs e Gs,

and then we send this to a synthesis company.

e depois os enviamos a uma empresa de síntese.

So we write it, we can store it,

Nós os gravamos, podemos armazená-los

and when we want to recover our data, we just sequence it.

e, quando quisermos recuperar nossos dados, apenas os sequenciamos.

Now, the fun part of all of this is deciding what files to include.

A parte divertida de tudo isso é decidir quais arquivos incluir.

We're serious scientists, so we had to include a manuscript

Como somos cientistas sérios,

tivemos que incluir um manuscrito para a boa posteridade.

for good posterity.

We also included a $50 Amazon gift card --

Também incluímos um vale-presente de US$ 50 da Amazon...

don't get too excited, it's already been spent, someone decoded it --

não fiquem muito animados; já foi gasto; alguém o decodificou...

as well as an operating system,

bem como um sistema operacional,

one of the first movies ever made

um dos primeiros filmes já feitos

and a Pioneer plaque.

e uma placa da Pioneer.

Some of you might have seen this.

Alguns de vocês devem ter visto.

It has a depiction of a typical -- apparently -- male and female,

Tem uma representação de um típico, aparentemente, macho e fêmea,

and our approximate location in the Solar System,

e nossa localização aproximada no Sistema Solar,

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

no caso da nave espacial Pioneer um dia encontrar extraterrestres.

So once we decided what sort of files we want to encode,

Quando decidimos que tipo de arquivos queremos codificar,

we package up the data,

empacotamos os dados,

convert those zeroes and ones to A's, T's, C's and G's,

convertemos esses zeros e uns em As, Ts, Cs e Gs

and then we just send this file off to a synthesis company.

e depois enviamos o arquivo a uma empresa de síntese.

And this is what we got back.

E é isso o que recebemos de volta.

Our files were in this tube.

Nossos arquivos estavam neste tubo.

All we had to do was sequence it.

Só tivemos que fazer o sequenciamento deles.

This all sounds pretty straightforward,

Tudo isso parece bastante simples,

but the difference between a really cool, fun idea

mas a diferença entre uma ideia muito legal e divertida

and something we can actually use

e algo que podemos, na verdade, usar

is overcoming these practical challenges.

é a superação desses desafios práticos.

Now, while DNA is more robust than any man-made device,

Enquanto o DNA é mais robusto do que qualquer dispositivo feito pelo homem,

it's not perfect.

ele não é perfeito.

It does have some weaknesses.

Tem alguns pontos fracos.

We recover our message by sequencing the DNA,

Recuperamos nossa mensagem pelo sequenciamento do DNA,

and every time data is retrieved,

e toda vez que os dados são recuperados,

we lose the DNA.

perdemos o DNA.

That's just part of the sequencing process.

Isso é apenas parte do processo de sequenciamento.

We don't want to run out of data,

Não queremos ficar sem dados,

but luckily, there's a way to copy the DNA

mas, felizmente, há uma maneira de copiar o DNA,

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

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

We actually tested a way to make 200 trillion copies of our files,

Na verdade, testamos um modo de fazer 200 trilhões de cópias de nossos arquivos

and we recovered all the data without error.

e recuperamos todos os dados sem erros.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

O sequenciamento também introduz erros em nosso DNA,

into the A's, T's, C's and G's.

nos As, Ts, Cs e Gs.

Nature has a way to deal with this in our cells.

A natureza tem um jeito de lidar com isso em nossas células.

But our data is stored in synthetic DNA in a tube,

Mas nossos dados são armazenados em DNA sintético num tubo.

so we had to find our own way to overcome this problem.

Tivemos que encontrar nossa própria forma de superar esse problema.

We decided to use an algorithm that was used to stream videos.

Decidimos usar um algoritmo utilizado para transmitir vídeos.

When you're streaming a video,

Quando transmitimos um vídeo,

you're essentially trying to recover the original video, the original file.

tentamos principalmente recuperar o arquivo original.

When we're trying to recover our original files,

Quando tentamos recuperar nossos arquivos originais,

we're simply sequencing.

estamos simplesmente sequenciando.

But really, both of these processes are about recovering enough zeroes and ones

Mas, na verdade, ambos os processos tratam da recuperação de zeros e uns

to put our data back together.

suficientes para juntar nossos dados.

And so, because of our coding strategy,

Devido à nossa estratégia de codificação,

we were able to package up all of our data

conseguimos reunir todos os nossos dados

in a way that allowed us to make millions and trillions of copies

de uma forma que nos permitiu fazer trilhões de cópias

and still always recover all of our files back.

e ainda recuperar sempre todos os nossos arquivos.

This is the movie we encoded.

Este é o filme que codificamos.

It's one of the first movies ever made,

É um dos primeiros filmes já feitos,

and now the first to be copied more than 200 trillion times on DNA.

e agora o primeiro a ser copiado mais de 200 trilhões de vezes no DNA.

Soon after our work was published,

Logo após a publicação de nosso trabalho,

we participated in an "Ask Me Anything" on the website reddit.

participamos do "Ask Me Anything", do website reddit.

If you're a fellow nerd, you're very familiar with this website.

Quem for nerd, conhece muito bem esse site.

Most questions were thoughtful.

A maioria das perguntas era séria.

Some were comical.

Algumas eram cômicas.

For example, one user wanted to know when we would have a literal thumb drive.

Por exemplo, um usuário queria saber quando teríamos um "thumb drive".

Now, the thing is,

A questão é:

our DNA already stores everything needed to make us who we are.

nosso DNA já armazena tudo o que é necessário para nos tornarmos quem somos.

It's a lot safer to store data on DNA

É muito mais seguro armazenar dados em DNA sintético num tubo.

in synthetic DNA in a tube.

Writing and reading data from DNA is obviously a lot more time-consuming

Gravar e ler dados do DNA é, obviamente, muito mais demorado

than just saving all your files on a hard drive --

do que salvar todos os nossos arquivos em um disco rígido...

for now.

por enquanto.

So initially, we should focus on long-term storage.

Inicialmente, devemos nos concentrar no armazenamento a longo prazo.

Most data are ephemeral.

A maioria dos dados é efêmera.

It's really hard to grasp what's important today,

É muito difícil entender o que é importante hoje,

or what will be important for future generations.

ou o que será importante para as futuras gerações.

But the point is, we don't have to decide today.

Mas a questão é que não temos que decidir hoje.

There's this great program by UNESCO called the "Memory of the World" program.

Há um grande programa da UNESCO chamado "Memory of the World".

It's been created to preserve historical materials

Foi criado para preservar materiais históricos

that are considered of value to all of humanity.

considerados de valor para toda a humanidade.

Items are nominated to be added to the collection,

Os itens são indicados para inclusão na coleção,

including that film that we encoded.

como aquele filme que codificamos.

While a wonderful way to preserve human heritage,

Embora seja uma maneira extraordinária de preservar a herança humana,

it doesn't have to be a choice.

não precisa ser uma escolha.

Instead of asking the current generation -- us --

Em vez de perguntar à geração atual, nós,

what might be important in the future,

o que pode ser importante no futuro,

we could store everything in DNA.

poderíamos armazenar tudo no DNA.

Storage is not just about how many bytes

Armazenamento não se trata apenas de quantos bytes,

but how well we can actually store the data and recover it.

mas de quanto podemos, na verdade, armazenar bem os dados e recuperá-los.

There's always been this tension between how much data we can generate

Sempre houve essa tensão entre quantos dados podemos gerar,

and how much we can recover

quantos podemos recuperar e armazenar.

and how much we can store.

Every advance in writing data has required a new way to read it.

Todo avanço na gravação de dados tem exigido uma nova maneira de leitura.

We can no longer read old media.

Não conseguimos mais ler mídias antigas.

How many of you even have a disk drive in your laptop,

Quantos de vocês ainda têm uma unidade de disco em seu laptop,

never mind a floppy drive?

sem falar numa unidade de disquete?

This will never be the case with DNA.

Esse nunca será o caso do DNA.

As long as we're around, DNA is around,

Enquanto estivermos por aqui, o DNA estará por aqui

and we'll find a way to sequence it.

e encontraremos uma maneira de sequenciá-lo.

Archiving the world around us is part of human nature.

Arquivar o mundo ao nosso redor faz parte da natureza humana.

This is the progress we've made in digital storage in 60 years,

Esse é o progresso que temos feito no armazenamento digital em 60 anos,

at a time when we were only beginning to understand DNA.

numa época em que estávamos apenas começando a entender o DNA.

Yet, we've made similar progress in half that time with DNA sequencers,

Porém, fizemos um progresso semelhante na metade do tempo

com os sequenciadores de DNA,

and as long as we're around, DNA will never be obsolete.

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

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)