El ADN puede almacenar datos en bits tras una mejora epigenética
Los «ladrillos» de ADN, algunos de los cuales llevan etiquetas químicas, podrían ser algún día una alternativa al almacenamiento electrónico de información.
Publicado originalmente por Heidi Ledford en Nature, el 23 de octubre de 2024
Los marcadores químicos adheridos a unidades prefabricadas de ADN pueden codificar datos fácilmente. Crédito: Nobeastsofierce/SPL
El ADN ha sido el repositorio de datos más utilizado por la humanidad durante milenios. Resistente y compacto, es tan denso en información que un solo gramo puede contener datos suficientes para 10 millones de horas de vídeo de alta definición.
Pero siempre se puede mejorar.
Un método innovador permite ahora al ADN almacenar información en forma de código binario, las mismas cadenas de 0 y 1 que utilizan los ordenadores convencionales. Un día podría ser más barato y rápido que codificar la información en la secuencia de los bloques que componen el ADN, que es el método utilizado por las células, y aprovechar el ADN para almacenar datos generados artificialmente.
El método es tan sencillo que 60 voluntarios de distintas especialidades pudieron utilizarlo para almacenar el texto que quisieran. Al principio, muchos de ellos no creían que la técnica fuera a funcionar, explica Long Qian, biólogo sintético computacional de la Universidad de Pekín y autor del estudio1 que describe la técnica.
«Cuando vieron la secuencia y obtuvieron el texto correcto, fue cuando empezaron a creer que realmente podían hacerlo», afirma. El estudio se publica hoy en Nature.
Capacidad de almacenamiento insuficiente
La técnica es sólo uno de los muchos esfuerzos por transformar el ADN en un sustituto sostenible de las opciones estándar de almacenamiento electrónico, que son incapaces de seguir el ritmo de la creciente producción mundial de datos. «Estamos alcanzando límites físicos», afirma Nicholas Guise, físico del Georgia Tech Research Institute de Atlanta. «Y cada vez generamos más datos».
La enorme capacidad de almacenamiento del ADN lo convierte en una alternativa atractiva. Es más, si se protege de la humedad y la luz ultravioleta, el ADN puede durar cientos de miles de años. En cambio, los discos duros electrónicos deben sustituirse cada pocos años, o los datos se corrompen.
La forma más obvia de almacenar información en el ADN es incorporando los datos a la secuencia de ADN, un proceso que requiere sintetizar una cadena de ADN desde cero. Este método es lento y muchos órdenes de magnitud más caro que el almacenamiento electrónico de datos, afirma Albert Keung, biólogo sintético de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh.
Para desarrollar un método más barato y rápido, Qian y sus colegas recurrieron al «epigenoma», una serie de moléculas que las células utilizan para controlar la actividad de los genes sin modificar la propia secuencia de ADN. Por ejemplo, unas moléculas llamadas grupos metilo pueden añadirse o eliminarse del ADN para modificar su función.
Qian y sus colegas desarrollaron un sistema en el que una serie de «ladrillos» de ADN cortos y prefabricados -con o sin grupos metilo- podían añadirse a un tubo de reacción para formar una cadena de ADN en crecimiento con el código binario correcto. Para recuperar los datos, los investigadores utilizan una técnica de secuenciación del ADN capaz de detectar los grupos metilo a lo largo de la cadena de ADN. Los resultados pueden interpretarse como un código binario, en el que la presencia de un grupo metilo corresponde a un 1 y la ausencia a un 0.
Retrato de panda en código ADN
Dado que la técnica utiliza fragmentos prefabricados de ADN, podría optimizarse aún más para su producción a gran escala, afirma Keung. Eso la haría mucho más barata que sintetizar una cadena de ADN a medida para cada bit de información que se quiera almacenar. Según Keung, el siguiente obstáculo será ver hasta qué punto el sistema se adapta a grandes conjuntos de datos.
Como paso hacia ese objetivo, Qian y sus colegas codificaron y luego leyeron en voz alta las instrucciones para hacer una imagen de un tigre de la dinastía Han en la antigua China y una imagen en color de un panda en un exuberante entorno verde. Las imágenes se codificaron en casi 270.000 1s y 0s, o «bits».
Por el momento, Guise afirma que este campo aún necesita reducir costes antes de poder competir con el almacenamiento electrónico de datos. «El almacenamiento de ADN tiene un largo camino por recorrer antes de que pueda ser comercialmente relevante», afirma. «Pero hace falta una tecnología disruptiva».
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03443-w
Ver noticia relacionada, ‘‘Do-it-yourself’ data storage on DNA paves way to simple archiving system’
Referencias
- Zhang, C. et al. Nature 634, 824–832 (2024). Article Google Scholar
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