El auge del almacenamiento de datos de ADN

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Con el almacenamiento de datos de ADN convirtiéndose pronto en una realidad, ¿habrá un día en que descarguemos y almacenemos archivos sobre información genética? ¿Cuáles son los retos y las oportunidades? Maya Raghunandan, doctorado en Bioquímica y Biología Molecular y Kolabtree científico independiente, ofrece una visión general. 

Todos los días utilizamos la tecnología digital. Hacemos fotos, chateamos, descargamos documentos, vemos un vídeo, etc. Una plétora de información está al alcance de nuestra mano gracias a los datos almacenados digitalmente; como matrices de 0s y 1s en numerosos discos duros con chips de silicona y cintas magnéticas. La actual explosión de datos ya está superando los límites de las capacidades de almacenamiento y se prevé que sobrepase la infraestructura disponible. Para 2040En la actualidad, la avalancha de datos puede requerir entre 10 y 100 veces más silicio para microchips que el disponible. Este problema ha llevado a los investigadores de todo el mundo a encontrar un avance en los medios alternativos de almacenamiento de datos.

El ADN como herramienta de almacenamiento de datos: Pros

Afortunadamente, la madre naturaleza nos ofrece una solución en forma de nuestra información genética que codifica el plano: el ADN. Esta idea cobró fuerza en 2012, cuando los investigadores de Harvard codificó un libro de 52.000 palabras en miles de cadenas de ADN. Posteriormente, muchos otros investigadores validaron y avanzaron el enfoque utilizado para escribir datos digitales en el ADN y recuperarlos. Algunos ejemplos destacados son los investigadores de Universidad de Columbia, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Universidad de Washington, Instituto Europeo de Bioinformática y ETH Zúrich. En 2017, el gobierno de Estados Unidos anunció su posible interés en la investigación sobre el almacenamiento de ADN, como parte de las actividades de su rama de investigación de seguridad nacional. Muchos gigantes tecnológicos, entre ellos Microsoft, están mostrando un gran interés por el ADN como futuro banco de almacenamiento de datos. De hecho, Microsoft y la Universidad de Washington colaboraron para almacenar "35 archivos distintos (más de 200 MB de datos), en más de 13 millones de oligonucleótidos de ADN" que se recuperaron sin errores. Mientras la crisis del almacenamiento de datos se cierne sobre nosotros, el ADN puede ofrecer una alternativa biológica por muchas razones.

  • El ADN es muy estable y puede durar cientos de años
  • Es muy compacto y requiere muy poco espacio de almacenamiento
  • Es fácil de replicar y crear copias de seguridad
  • No se quedará obsoleta como tecnología
  • Tiene una densidad de almacenamiento de información que supera a cualquier otra tecnología. 1 gramo de ADN puede almacenar 700 terabytes de datos. Unos cuantos kilogramos de ADN puede almacenar la mayor parte del mundo en este momento.

Conversión de datos digitales en datos biológicos

En teoría, la base del almacenamiento de información en el ADN es fundamentalmente similar al código binario, aunque sigue un proceso ligeramente diferente. En lugar de utilizar 0s y 1s en los métodos tradicionales, la información en el ADN se registra como A, T, G y Cs (adenina, citosina, timina y guanina). La forma en que esto funcionaría es asignando diferentes códigos binarios a los nucleótidos. Por ejemplo, 00 = A, 01 = C, 10 = T y 11 = G. Ahora bien, una imagen se codifica normalmente como una serie de 0s y 1s; un ejemplo del inicio de la serie puede ser 0011100100. Si los dividimos en pares-00 11 10 01 00 -- se traduciría en A-G-T-C-A. Esta secuencia sería el orden de los nucleótidos para formar una cadena de ADN. Una vez determinada la secuencia, el ADN puede sintetizarse químicamente, secarse y almacenarse en pequeños frascos protegidos de la luz y la humedad. Un solo gramo de ADN puede almacenar hasta 215 millones de gigabytes de datos.

El ADN puede "leerse de nuevo" mediante un enfoque de secuenciación del ADN, utilizado de forma rutinaria en varios laboratorios de todo el mundo. Este proceso daría lugar a un archivo de secuencias de letras que luego puede descodificarse en 0s y 1s de nuevo, para obtener los datos digitales originales.

El ADN como herramienta de almacenamiento de datos: Obstáculos actuales

Para que el almacenamiento de datos de ADN sea una opción práctica de almacenamiento de datos, es necesario automatizar todo el proceso de codificación-escritura-lectura y decodificación de la información. Las tecnologías actuales consumen mucho tiempo y son propensas a errores. Sobre todo, los costes subyacentes a estas técnicas deben bajar drásticamente para que el almacenamiento de datos de ADN sea económicamente viable.

Las tecnologías actuales de síntesis de ADN no pueden sintetizar tramos de ADN especialmente largos, ya que el límite es de unos 20 bytes de datos por cadena. Por lo tanto, los datos tendrían que ser divididos en trozos, marcados para las rupturas, y luego convertidos al formato de ADN. Los mayores obstáculos se encuentran en el sistema de recuperación de datos. La lectura de una hebra de ADN se destruye de forma permanente. Por ello, sería esencial disponer de muchas copias de seguridad. Además, los sistemas actuales de recuperación de datos requerirían la lectura de todos los datos presentes en un vial de almacenamiento. Mientras tanto, los nuevos acceso aleatorio técnicas en el horizonte, presagian que la recuperación de archivos individuales será una posibilidad real.

La posibilidad de utilizar el ADN como medio de almacenamiento de datos vendrá dictada por los avances realizados en las industrias de la biotecnología y la ingeniería genética. El ritmo al que han avanzado las técnicas de secuenciación del ADN sugiere que el almacenamiento de datos en este material podría ser una realidad en breve. A medida que varias tecnologías se vuelcan lentamente en la biomímesis, es conveniente que el ADN, la molécula fundamental de almacenamiento de la vida, sirva también como banco de datos.

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Sobre el autor

Maya Raghunandan obtuvo su doctorado en Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Minnesota, en las ciudades gemelas de Estados Unidos. En la actualidad, es científica de biología del cáncer en la Universidad Católica de Lovaina, Bruselas, Bélgica. En su tiempo libre, escribe sobre descubrimientos científicos interesantes en su blog sin jerga http://www.sciencesnippets.org/. Porque la ciencia no tiene por qué parecer complicada. Al contrario, debe ser comprensible para todos.

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