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MUNDO CURIOSO

El ADN como un disco duro

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Esta idea se pensó en el momento de su descubrimiento por Watson y Crick. La tecnología hará posible guardar enormes cantidades de información en un tubo de ensayo.

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El ADN promete ordenadores que almacenan grandes volúmenes de información en discos duros vivos: caben en un tubo de ensayo lleno de bacterias que procesan los datos siguiendo la química genética.

El ADN se confirma como sistema para el almacenamiento de información digital porque es posible codificarla en los genomas de las células vivas de la bacteria E. coli, según una reciente investigación.

En 2025, el mundo tendrá almacenados 175 zettabytes (ZB) de datos, según Rethink Data, lo que representa todo un desafío tecnológico.

Un ZB equivale a 1.000 millones de terabytes (TB), mientras que un TB equivale 1.000 gigabytes (GB) o a 1.000.000 megabytes (MB). Cada MB equivale a un millón de bytes. Cada byte representa a un conjunto de 8 bits, el mínimo elemento de memoria direccionable de un ordenador.

Dicho de otra forma, para disponer de 3 ZB de almacenamiento habría que conectar 300 millones de discos duros de 10 TB cada uno. Y eso representa un problema tecnológico cada vez más apremiante: pronto dejaremos tener capacidad para almacenar tantos datos, advirtió la revista Nature en 2016.

Código genético en vez de binario

La alternativa podría estar en cambiar de sistema de almacenamiento de datos: eso ha llevado a los científicos a explorar la posibilidad de usar el sistema natural de almacenamiento de información, el ADN.

El ADN puede almacenar miles de millones de “bits” de pares de bases, el conjunto completo de instrucciones para hacer un ser humano completo, en una sola célula microscópica.

Los científicos ya han conseguido traducir el código binario (de dos bits) al código genético de cuatro letras, a través del cual las células reciben las instrucciones para hacer una proteína específica.

A, T, C y G son las «letras» del código del ADN: representan los compuestos químicos de adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G), que constituyen las bases de nucleótidos del ADN.

El código para cada gen combina los cuatro compuestos químicos de diferentes maneras para formar «palabras» de tres letras, las cuales especifican qué aminoácidos se necesitan en cada paso de la síntesis de una proteína, explica el NIH.

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Disco duro vivo

Utilizando ese código químico de cuatro letras, los científicos han descubierto que pueden almacenar bibliotecas enteras de información digital: libros, películas y videojuegos pueden cargarse en minúsculas gotas de ADN sintético y luego recuperarse.

Los científicos confían en que algún día el ADN pueda ofrecer una alternativa rentable y ecológica a la tecnología de almacenamiento tradicional basada en los chips de silicio.

Sin embargo, un problema al que se han enfrentado los investigadores que trabajan en esta área es que el ADN sintético tiende a deteriorarse con el tiempo.

Sin embargo, un equipo de científicos de la Universidad de Columbia cree haber encontrado una solución a este problema: codificar información digital directamente en los genomas de las células vivas de la bacteria E. coli, que tiene más de 4,6 millones de pares de bases de ADN. Los investigadores destacan que esta bacteria conserva los datos de una manera sorprendentemente estable y sólida.

“Que una célula viva pueda proporcionar un entorno más estable para almacenar datos puede parecer contradictorio, pero una célula en realidad posee mecanismos sofisticados para mantener la integridad de su ADN y corregir rápidamente cualquier error genético que pueda ocurrir como resultado de la radiación, toxinas o otras exposiciones”, explica el director de esta investigación, Harris H. Wang, en un comunicado.

Una bacteria con información digital

Este equipo ha conseguido difundir bits individuales de datos en grandes extensiones del genoma de E. coli, confirmando así que la información se transmite de forma segura a través de generaciones sucesivas de células, incluso si las mutaciones ocurren durante la reproducción celular.

“Hemos realizado experimentos para demostrar que los datos están bien conservados a lo largo de cientos de generaciones”, añade Wang. «A todos los efectos, parece ser un medio fiable de guardar datos de forma permanente».

Wang y sus colegas, que utilizaron la popular tecnología de edición genética CRISPR-Cas para codificar datos en cepas no patógenas de E. coli, se proponen mejorar la velocidad a la que pueden cargar y recuperar datos de las bacterias, ya que el  proceso es actualmente demasiado lento para uso comercial.

No obstante, Wang está convencido de que será posible reemplazar pilas de discos duros de un ordenador con una población de células de E. coli que podrían caber en un tubo de ensayo.

“La ventaja más importante de almacenar información digital en el ADN es que es un medio que nunca se volverá obsoleto”, explica. «La doble hélice siempre será la tecnología de almacenamiento ideal, y nuestra capacidad para manipular y leer el ADN solo mejorará», concluye.

Idea siempre renovada

La idea de utilizar el código genético para almacenar información surgió poco después de que se descubriera, en 1953, la famosa estructura de la doble hélice del ADN, pero solo recientemente la tecnología ha comenzado a hacerlo posible.

Si bien esta tecnología tiene claramente un potencial enorme, todavía existen muchas preguntas prácticas sobre las mejores formas de codificar, almacenar y acceder a datos basados ​​en ADN, advierte la revista Neolife.

Además, los costos del uso de ADN para almacenar información deberán reducirse sustancialmente antes de que este método pueda competir con el almacenamiento de datos más tradicional, concluye.

Hay que tener en cuenta al respecto que la síntesis y secuenciación del ADN tienen un precio muy elevado: escribir un millón de gigabytes cuesta más de ochocientos mil millones de euros.

El mundo no se parará

Mientras tanto, la tecnología no para de innovar: investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Harvard han desarrollado una técnica para etiquetar y recuperar archivos de datos de ADN, según informan en un artículo publicado en Nature Materials. Este método podría hacer factible el almacenamiento de datos en forma de ADN, aseguran en un comunicado.

Por otro lado, la tecnología convencional también avanza, destaca la revista PC: la empresa Seagate, principal proveedor de bytes en todo el mundo, que ya ha producido cerca de 3 zettabytes en 40 años de presencia en el mercado, se propone poner a la venta en 2026 discos duros de 50 TB.

Además, la tecnología de grabación magnética asistida por calor (HAMR) escalará pronto hasta 80 TB. Y para un almacenamiento a largo plazo, Microsoft está trabajando en un nuevo medio de almacenamiento, construido con vidrio de cuarzo, que permitirá ver la película de Superman durante miles de años.

Los discos duros vivos vendrán, y también será posible almacenar todos los datos del mundo en una taza de café, pero mientras llegan esos futuros, tenemos posibilidades de seguir acumulando exponencialmente cada vez más información.

Referencias

Recording mobile DNA in the gut microbiota using an Escherichia coli CRISPR-Cas spacer acquisition platform. Christian Munck et al. Nature Communications volume 11, Article number: 95 (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-14012-5
Random access DNA memory using Boolean search in an archival file storage system. James L. Banal et al. Nature Materials (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-021-01021-3

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