La estructura del ADN parece ser la forma más idónea para almacenar información

Escrito por , 10 de agosto de 2017 a las 19:30
La estructura del ADN parece ser la forma más idónea para almacenar información
Conocimiento

La estructura del ADN parece ser la forma más idónea para almacenar información

Escrito por , 10 de agosto de 2017 a las 19:30

Podríamos decir que el ADN es el USB que porta nuestra información genética. La molécula del ADN contiene las instrucciones necesarias para el funcionamiento y desarrollo de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus. Además, es la responsable de la transmisión hereditaria. Este mismo funcionamiento, trasladado al mundo digital, permite utilizar la estructura del ADN para almacenar información sin problema de espacio ni conservación. Aunque aún es un proceso en fase experimental, es posible que los investigadores encuentren la forma barata y rápida para guardar información digital en el sistema de almacenamiento de datos más antiguo de la naturaleza.

Las investigaciones sobre cómo almacenar datos en el ADN no son nuevas. Son muchas las universidades e instituciones científicas que llevan varias décadas trabajando en esta posibilidad. Pero un estudio reciente entre la Universidad de Harvard y el Instituto Europeo de Bioinformática (IEB) ha demostrado que el avance en la manipulación del ADN podría hacer posible y práctico utilizar el ADN como unidad de almacenamiento de información muy pronto.

Producimos datos a una velocidad abrumadora. De hecho, las tecnologías encargadas del almacenamiento de información, discos duros o memorias portátiles, no tienen suficiente capacidad para almacenar los datos al ritmo que se generan. Y no es que tengamos que guardar o almacenar toda la información, pero ya que no vamos a dejar de producirla, ya sea a través de fotos, películas y archivos varios, hay que buscar nuevas formas de almacenaje para que toda esa información no se pierda.

El ADN se desarrolló hace milenios para almacenar la información genética o como planos para la construcción de proteínas. Pero, además, con el tiempo y las numerosas investigaciones se ha demostrado que el ADN se puede utilizar para muchas más cosas, entre ellas, por ejemplo, para guardar y almacenar información como lo hacemos en un disco duro externo.

La naturaleza al servicio del mundo digital

Los medios de almacenamiento tradicionales que conocemos como discos duros, DVD o USB almacenan datos digitales cambiando las propiedades magnéticas, ópticas o eléctricas de un material para almacenar ceros y unos.

A la hora de almacenar datos en el ADN, el concepto es el mismo pero el proceso es totalmente diferente.

¿Cómo es posible guardar información digital en el ADN?

Las moléculas de ADN son secuencias largas de moléculas más pequeñas (los nucleótidos), adenina, citosina, timina y guanina (A, C, T y G). En lugar de crear secuencias con ceros y unos, como en los medios electrónicos, el almacenamiento de ADN utiliza secuencias de esas moléculas más pequeñas.

La idea es asignar patrones de datos digitales a los nucleótidos del ADN. Por ejemplo, 00 podría ser el equivalente a A, 01 el equivalente a C, 10 el equivalente a T y 11 a G. Pongamos por caso que queremos almacenar una imagen, habría que comenzar con su codificación como un archivo digital, como un JPEG. Este archivo está representado por una larga cadena de ceros y unos. Los primeros ocho bits del archivo son 01111000; Los dividimos en pares – 01 11 10 00 – que corresponden a C-G-T-A. Ese es el orden en el que nos unimos a los nucleótidos para formar una hebra de ADN.

Por eso para guardar los datos en el ADN hay que dividir la información en secuencias más pequeñas y añadir un indicador que, llegado el momento de leer lo almacenado, garantice que los fragmentos están en el orden correcto.

Los científicos trabajan en lo que es el equivalente genético de un bit, la unidad mínima de información, con la que puede representarse dos valores, cero/apagado o uno/encendido. Los datos pueden leerse con facilidad ya que las secciones del ADN brillan con color rojo o verde dependiendo de la orientación de los segmentos del ADN. Además, al tratarse de una memoria no volátil almacena información sin consumir energía.

En el IEB han seguido la misma estructura de la molécula helicoidal, pero con un lenguaje que nada tiene que ver con el de los seres vivos. Dicha molécula, en el mundo de la biología, se mantiene unida por cuatro grupos químicos que cuando se establecen con un determinado orden contiene las instrucciones genéticas que necesita un organismo vivo para desarrollarse y conservarse.

Los archivos digitales pueden ser bastante grandes, sin embargo, las hebras de ADN individuales tienen que ser mucho más cortas. A la hora de guardar un archivo digital en el ADN, los dígitos binarios que representan la información son traducidos al código del equipo.

Una máquina de síntesis de ADN estándar es la encargada de producir en serie la secuencia correspondiente. Si algunos fragmentos se dañan no se perderán los datos ya que producen múltiples copias de fragmentos superpuestos y cada uno de esos fragmentos contiene detalles de indexación que identifican en qué lugar se almacena dicha secuencia.

Una vez determinado el orden en el que deben ir las letras, las secuencias de ADN se fabrican letra por letra con reacciones químicas según la letra. Este proceso trae otro beneficio además del almacenamiento de ADN: las copias de seguridad, ya que en lugar de hacer una hebra, las reacciones químicas generan muchos hilos idénticos a la vez, esto significa que se generan muchas copias antes de pasar a la siguiente hebra de la serie.

¿Cómo se lee esa información?

Para leer esa información se utiliza una máquina de secuencias que es exactamente igual a las que se utilizan para el análisis del ADN genómico en las células. La maquinaria identifica las moléculas y genera una secuencia de letras por molécula que posteriormente se decodifica en una secuencia binaria de ceros y unos en orden. En este punto es donde entran en juego las múltiples copias que se crean ya que el proceso de lectura podría destruir el ADN.

Ventajas de guardar datos en el ADN

Tal y como explica Ewan Birney, del Instituto Europeo de Bioinformática (IEB) en Hinxton, es que “una de las grandes ventajas de utilizar ADN para almacenar información es que no es necesario utilizar electricidad”. Además, y a diferencia de otros sistemas de almacenamiento que se utilizan en la actualidad como discos duros externos, almacenar información en el ADN no requiere de un mantenimiento constante ni de problemas de incompatibilidad con versiones anteriores. Mientras haya vida, la información en el ADN no quedará obsoleta.

Por el momento el almacenamiento de datos en el ADN es experimental. Antes de que sea una práctica común, es un proceso que tiene que ser totalmente automatizado y mejorado, tanto el de construcción como el de lectura. Por ejemplo, para que te hagas una idea, para almacenar una foto media del iPhone en el ADN tardaríamos varias horas, un proceso en el que se invierte menos de un segundo si lo guardas en el móvil o lo pasas al ordenador. Es posible que los investigadores encuentren la forma barata y rápida para guardar información digital en el sistema de almacenamiento de datos más antiguo de la naturaleza.

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