Los discos duros y las unidades ópticas almacenan gigabits de datos digitales con solo presionar un botón. Pero esas tecnologías, como las cintas magnéticas y las unidades de disquete anteriores a ellas, pueden volverse anticuadas e ilegibles cuando son superadas por nuevas tecnologías. Ahora, los investigadores han encontrado una forma de escribir datos electrónicamente en el ADN de bacterias vivas, una opción de almacenamiento que es poco probable que quede obsoleta en el corto plazo.
El ADN es atractivo para el almacenamiento de datos. Es más de 1.000 veces más denso que los discos duros más compactos, lo que le permite almacenar el equivalente a 10 películas digitales de larga duración dentro del volumen de un grano de sal. Además, escribir datos directamente en bacterias vivas significa que el ADN está protegido por el organismo y que los datos se copiarán en cada nueva bacteria a medida que las células se dividen. Y gracias a que el ADN es fundamental para la biología, se espera que las tecnologías para leerlo y escribirlo sean más baratas y poderosas con el tiempo.
«Este es un paso realmente agradable» que algún día podría estimular el desarrollo comercial, dice Seth Shipman, un bioingeniero de los Institutos Gladstone y la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el nuevo trabajo. Sin embargo, señala que las aplicaciones en el mundo real todavía están muy lejos.
El almacenamiento de datos en el ADN no es una idea nueva. Para hacerlo, los investigadores suelen convertir la cadena de unos y ceros digitales de un archivo de datos en combinaciones de las cuatro bases de la molécula: adenina, guanina, citosina y timina (A, C, G y T). Luego utilizan un sintetizador de ADN para escribir ese código en el ADN.
Pero la precisión de la síntesis de ADN disminuye cuanto más se alarga el código, por lo que los investigadores suelen dividir su archivo en trozos y escribirlos en fragmentos de ADN de entre 200 y 300 bases de longitud. A cada fragmento se le asigna un índice para identificar su ubicación en el archivo, y los secuenciadores de ADN luego leen los fragmentos para volver a ensamblar el archivo. Pero la tecnología es cara y cuesta hasta U$S 3.500 para sintetizar 1 megabit de información. Y las vías de ADN en los que se almacena la información pueden degradarse con el tiempo.
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Para crear un medio duradero y más fácil de codificar, los investigadores están trabajando para escribir datos en el ADN de los organismos vivos, que copian y transmiten sus genes a la siguiente generación. En 2017, un equipo dirigido por Harris Wang, biólogo de sistemas de la Universidad de Columbia, utilizó el sistema de edición de genes CRISPR para reconocer una señal biológica, como la presencia del azúcar fructosa. Cuando los investigadores agregaron fructosa a las células de Escherichia coli, la expresión genética aumentó en fragmentos de ADN en forma de anillo llamados plásmidos.
A continuación, los componentes de CRISPR, que evolucionaron para defender a las bacterias de los invasores virales, cortaron el plásmido sobreexpresado en trozos y colocaron parte de él en una sección específica del ADN de la bacteria que «recuerda» a los invasores virales anteriores. El bit genético insertado representaba uno digital. Si la señal de fructosa estaba ausente, las bacterias almacenaban en su lugar un fragmento aleatorio de ADN, que representaba un cero digital. La secuenciación del ADN de E. coli reveló si la bacteria estaba expuesta a la fructosa, a través de un uno o un cero.
Pero debido a que esta configuración solo podía almacenar un par de bits de datos, Wang y sus colegas reemplazaron el sistema de reconocimiento de fructosa por uno que podría codificar cadenas de información más largas: un pulso electrónico. Insertaron una serie de genes en E. coli que permitieron a las células aumentar la expresión del plásmido en respuesta a un voltaje eléctrico. De igual forma como con la configuración de fructosa, un aumento en la expresión hizo que la información digital se almacenara en el ADN de la bacteria. Para leer los unos y los ceros, los investigadores simplemente secuenciaron las bacterias.
Con este enfoque, Wang y sus colegas codificaron eléctricamente hasta 72 bits de datos para escribir el mensaje «Hello World!» según informó la revista Nature Chemical Biology. También demostraron que podían agregar E. coli con su mensaje a una mezcla de microbios normales del suelo y luego secuenciar la mezcla para recuperar su mensaje almacenado.
Wang cree que todavía es pronto para el almacenar datos en organismos vivos. “No vamos a competir con los sistemas de almacenamiento actuales”, dijo. Los investigadores también deberán encontrar formas de evitar que sus mensajes se degraden a medida que las bacterias mutan a medida que se reproducen. Pero al menos por ahora, puede darle a James Bond una nueva herramienta para ocultar mensajes secretos a plena vista.
