Durante los últimos años, los científicos han decodificado los genomas de mamuts y caballos de 700.000 años utilizando fragmentos de ADN extraídos de fósiles. El ADN definitivamente dura mucho más que los organismos para los que lleva códigos genéticos. Los científicos e ingenieros informáticos han soñado durante mucho tiempo con aprovechar la diminuta y la resistencia del ADN para almacenar datos digitales. Quieren codificar todos esos ceros y unos en moléculas A, C, G y T, que forman la escalera en espiral del polímero de ADN, y los avances de esta década en la síntesis y secuenciación de ADN han dado lugar a un gran avance. Experimentos recientes han demostrado que algún día seremos capaces de codificar toda la información digital del mundo en unos pocos litros de ADN y volver a leerla miles de años después.
El interés de Microsoft y otras empresas tecnológicas está aumentando las tensiones en esta área. El mes pasado, Microsoft Research dijo que pagaría a la empresa de biología sintética Twist Bioscience para crear 10 millones de hebras de ADN diseñadas por los científicos informáticos de Microsoft para almacenar datos. El fabricante líder de memorias Micron Technology también está financiando la investigación de almacenamiento de ADN para determinar si un sistema de ácido nucleico puede superar los límites de la memoria electrónica. Esta afluencia de dinero e intereses podría reducir gradualmente los costos exorbitantes y hacer posible el almacenamiento de datos en el ADN en diez años, dicen los investigadores.
Los seres humanos generarán más de 16 billones de gigabytes de datos digitales para 2017, y la mayor parte deberá archivarse. Datos legales, financieros y médicos, así como, por supuesto, archivos multimedia. Hoy en día, los datos se almacenan en discos duros, discos ópticos en centros de datos que consumen mucha energía del tamaño de un almacén. En el mejor de los casos, estos datos se almacenan durante treinta años, en el peor, varios. Además, según la arquitecta de informática de Microsoft Research, Karin Strauss, "estamos produciendo muchos más datos de los que puede producir la industria del almacenamiento, y las proyecciones muestran que la brecha se ampliará".
Ahora agreguemos ADN a todo esto. Puede vivir durante siglos si se mantiene en un lugar fresco y seco. En teoría, puede empaquetar miles de millones de gigabytes de datos en un terrón de azúcar. La cinta, el medio de almacenamiento más denso disponible en la actualidad, puede contener 10 gigabytes en la misma cantidad de espacio. “El ADN es un medio de almacenamiento increíblemente denso, duradero y no volátil”, dice Olgica Milenkovic, profesora de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
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Esto se debe a que cada una de las cuatro moléculas de construcción - adenina (A), citosina ©, guanina (G) y timina (T) - ocupa un nanómetro cúbico en volumen. Usando un sistema de codificación, digamos, en el que A representa los bits "00", C representa "01", etc., los científicos pueden tomar las filas de unos y ceros que componen los archivos de datos digitales y crear una cadena de ADN que contenga una instantánea o un video. Por supuesto, la técnica de codificación real es mucho más complicada de lo que escribimos aquí. La síntesis de una hebra de ADN de diseño es el proceso de escritura de datos. Luego, los científicos pueden leerlos secuenciando las cadenas.
El genetista de Harvard, George Church, fundó esta área de investigación en 2012 al codificar 70 mil millones de copias del libro, un millón de gigabits, en un milímetro cúbico de ADN. Un año después, científicos del Instituto Europeo de Bioinformática demostraron que podían leer, sin un solo error, 739 kilobytes de datos incluidos en el ADN.
El año pasado, varios equipos de científicos demostraron sistemas en pleno funcionamiento. En agosto, los científicos de ETH Zurich encapsularon ADN sintético en vidrio, lo sometieron a condiciones que simulaban la expiración de 2.000 años, y recuperaron por completo los datos codificados. Paralelamente, Milenkovic y sus colegas informaron que seis universidades estadounidenses habían guardado páginas de Wikipedia en ADN y, al proporcionar las secuencias con “direcciones” especiales, habían leído y editado de forma selectiva partes del texto escrito. El acceso aleatorio a los datos es fundamental para evitar tener que "secuenciar todo un libro para leer un solo párrafo", dice Milenkovich.
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En abril, Strauss y los científicos Jord Seelig y Luis Tsese de la Universidad de Washington informaron que pudieron escribir tres archivos de imagen, cada uno de varias decenas de kilobytes, en 40.000 hebras de ADN utilizando su propio esquema de codificación, y luego leerlos individualmente, no cometiendo errores. Presentaron su trabajo en abril en una conferencia de la Asociación de Computación Electrónica. Con los 10 millones de cadenas que Microsoft compra a Twist Bioscience, los científicos planean demostrar que los datos de ADN se pueden almacenar a una escala mucho mayor. “Nuestro objetivo es demostrar un sistema final en el que codificamos archivos de ADN, sintetizamos moléculas, las almacenamos durante mucho tiempo y luego las restauramos secuenciando el ADN”, dice Strauss. "Empezamos con los beats y volvemos a los beats".
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El fabricante de memorias Micron está estudiando el ADN como tecnología posterior al silicio. La empresa está financiando el trabajo de científicos de la Iglesia y la Universidad de Idaho para crear un sistema de almacenamiento de ADN sin errores. "El aumento del costo del almacenamiento impulsará soluciones alternativas, y el almacenamiento de ADN es una de las soluciones más prometedoras", dijo Gurtei Sandu, director de desarrollo de tecnología avanzada de Micron.
Los científicos todavía están buscando formas de reducir el número de errores en la codificación y decodificación de datos. Pero la mayor parte de la tecnología ya está instalada. Entonces, ¿qué nos impide pasar de almacenes de datos del tamaño de una caja de zapatos a cápsulas de vidrio de ADN? Costo. “El proceso de grabación es un millón de veces más caro”, dice Seelig.
He aquí por qué: hacer ADN implica encadenar moléculas nanométricas una por una con alta precisión; no es una tarea fácil. Aunque el costo de la secuenciación se redujo debido a la creciente demanda de este servicio, la síntesis de ADN no tuvo un impulso similar en el mercado. Milenkovic pagó alrededor de $ 150 para crear una cadena de 1,000 nucleótidos sintetizados. Secuenciar un millón de nucleótidos cuesta alrededor de un centavo.
El interés en el almacenamiento de datos de Microsoft y Micron puede ser solo el impulso necesario para comenzar a reducir costos, dice Seelig. La ingeniería inteligente y las nuevas tecnologías como la microfluídica y la secuenciación de ADN de nanoporos que ayudan a reducir y acelerar el proceso también ayudarán a avanzar. Ahora se necesitan horas para secuenciar varios cientos de pares de bases, y días para sintetizarlos, utilizando un montón de equipos. Ojalá pudiera hacerlo todo en una caja pequeña, de lo contrario se perdería la ventaja de la densidad de almacenamiento.
Si todo va bien, Strauss prevé empresas que ofrecerán servicios de conservación de ADN de archivo durante la próxima década. "Puede abrir un navegador y cargar archivos en su sitio o recuperar sus bytes como lo haría con la nube", dice. O puede comprar un disco de ADN en lugar de un disco duro.
ILYA KHEL
