Logran almacenar fotos de pandas en ADN

Se almacenaron y recuperaron dos imágenes en secuencias de ADN, lo que demuestra que esta molécula genética crucial también se puede utilizar para el almacenamiento de datos.

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es la columna vertebral genética de los seres vivos, pero también es una arquitectura para el almacenamiento de datos, como demostró un equipo de investigadores al almacenar y recuperar fotos codificadas en la molécula.

El equipo almacenó recientemente una imagen de un calco chino y una foto de un panda (compuestas por 16.833 y 252.504 bits, respectivamente) en ADN y luego recuperó el medio sin errores.

En sus hallazgos los investigadores postulan que su nuevo enfoque podría proporcionar una solución escalable para la demanda de almacenamiento de datos de alta densidad.

El ADN es la molécula sellada sin los núcleos de nuestras células; contiene las instrucciones biológicas para todos los seres vivos y está formada por bloques de construcción químicos llamados nucleótidos.

Los miles de millones de bases nitrogenadas que componen esos nucleótidos (adenina, timina, guanina y citosina) definen todo, desde la velocidad de crecimiento de las uñas de los pies hasta el color de nuestro pelo.

Pero los patrones de esos pares de bases también pueden codificar datos, lo que significa que se podrían utilizar para almacenar cualquier cosa, desde una lista de contraseñas hasta un video de alta resolución.

El ADN sintético ya se ha utilizado para el almacenamiento de datos; en 2018, un equipo diferente de investigadores codificó y recuperó 35 archivos (que constituyen más de 200 megabytes de datos) en más de 13 millones de oligonucleótidos de ADN, demostrando que era posible un sistema de almacenamiento de este tipo.

Pero una diferencia clave entre ese trabajo anterior y el estudio reciente del equipo es que este último logró la hazaña del almacenamiento sin la síntesis de ADN de novo, que sigue siendo una forma poco económica de almacenar datos en términos de inversión de tiempo y costo.

El equipo reciente consiguió codificar casi 300.000 bits con 350 bits escritos por reacción, como se describe en el estudio.

El almacenamiento de ADN fue realizado por 60 voluntarios sin experiencia profesional en entornos de laboratorio biológico, lo que demuestra la accesibilidad del método para los no expertos.

Para evitar la dependencia de la síntesis de ADN que se exhibió en intentos anteriores de almacenamiento de datos en ADN, el equipo reciente codificó la molécula utilizando metilación.

La metilación es un proceso por el cual las enzimas agregan un grupo metilo (una molécula compuesta por un átomo de carbono y tres átomos de hidrógeno) a ciertos sitios en la cadena de ADN.

Esto permitió al equipo ensamblar fragmentos de ADN que se unen a partes específicas del ADN, lo que permite que esas partes del ADN se lean como 0 o 1, tal como funcionan los bits en una computadora con tuercas y tornillos.

“En nuestro esquema, las secuencias de ADN sirven como direcciones, mientras que el estado de modificación de las letras ahora representa los datos“, explicó Long Qian, investigador de la Universidad de Pekín y coautor del artículo.

“Para escribir una información específica, uno puede simplemente seleccionar estados 0/1 para cada dirección y los estados se alinearán automáticamente al ADN, un proceso que llamamos ‘composición tipográfica’.

Después de la composición tipográfica, los datos se copian a una cadena de ADN simultáneamente, un proceso llamado ‘impresión’”.

“Nuestra estrategia tiene el potencial de ser órdenes de magnitudes más baratas y más rápidas que el método convencional”, agregó Qian.

“Esto podría hacer que el almacenamiento de ADN sea comercialmente viable”.

Carina Imburgia y Jeff Nivala señalaron que el ADN es prometedor como medio de almacenamiento de datos: un solo gramo de la molécula puede almacenar la friolera de 215.000 terabytes.

Sin embargo, dos investigadores señalaron que los grupos metilo esenciales para el enfoque del equipo no se pueden copiar mediante reacciones en cadena de la polimerasa (o PCR), la forma estándar de copiar grandes cantidades de ADN.

“Otro desafío es que muchas aplicaciones requieren memoria de acceso aleatorio (RAM), que permite recuperar y leer subconjuntos de datos de una base de datos”, escribieron Imburgia y Nivala.

“Sin embargo, en el sistema epi-bit, se necesitaría secuenciar toda la base de datos para acceder a cualquier subconjunto de los archivos, lo que sería ineficiente utilizando la secuenciación por nanoporos”.

En otras palabras, se puede pensar en el almacenamiento de datos de ADN como archivos zip. Para acceder a cualquier dato, hay que secuenciar toda la base de datos.

El ADN como lugar de almacenamiento de datos es una perspectiva tentadora; es sorprendente que una molécula tan pequeña pueda contener tanta información (sobre nosotros mismos, por supuesto), pero que luego pueda tener una doble vida como depósito de información de contacto, bibliotecas de fotografías, momentos destacados completos de la final de la Copa FIFA de 2022, etc.

Es un enfoque de almacenamiento de datos que es muy prometedor, pero requerirá más investigación para que sea viable a gran escala.

Fuente: Nature