La serie de televisión "Biohackers" almacenada en el ADN
El material genético sintético como medio de almacenamiento estable - por más de 1000 años
El primer episodio de la recién estrenada serie "Biohackers" se almacenó en forma de ADN sintético. Esto fue posible gracias a la investigación del Prof. Reinhard Heckel de la Universidad Técnica de Munich (TUM) y su colega el Prof. Robert Grass de la ETH Zürich. Han desarrollado un método que permite el almacenamiento estable de grandes cantidades de datos sobre el ADN durante más de 1000 años.
El método de almacenamiento de datos de ADN permite almacenar grandes cantidades de datos sobre el ADN sintético (imagen simbólica).
geralt, pixabay.com
Prof. Heckel, Biohackers es sobre un estudiante de medicina que busca vengarse de un profesor con un pasado oscuro - y la manipulación del ADN con herramientas de biotecnología. Se le encargó que almacenara la serie sobre el ADN. ¿Cómo funciona eso?
En primer lugar, debo mencionar que de lo que estamos hablando es de ADN generado artificialmente - en otras palabras, sintético. El ADN consiste en cuatro bloques de construcción: los nucleótidos adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Los datos informáticos, por su parte, están codificados como ceros y unos. El primer episodio de Biohackers consiste en una secuencia de unos 600 millones de ceros y unos. Para codificar la secuencia 01 01 11 00 en el ADN, por ejemplo, decidimos qué combinaciones de números se corresponden con qué letras. Por ejemplo: 00 es A, 01 es C, 10 es G y 11 es T. Nuestro ejemplo produce entonces la secuencia de ADN CCTA. Usando este principio de almacenamiento de datos de ADN, hemos almacenado el primer episodio de la serie sobre el ADN.
Y para ver la serie, ¿es sólo cuestión de "traducción inversa" de las letras?
En un sentido muy simplificado, se puede visualizar así. Sin embargo, cuando se escribe, almacena y lee el ADN, se producen errores. Si estos errores no se corrigen, los datos almacenados en el ADN se perderán. Para resolver el problema, he desarrollado un algoritmo basado en la codificación de canales. Este método implica la corrección de errores que tienen lugar durante las transferencias de información. La idea subyacente es añadir redundancia a los datos. Piense en el lenguaje: Cuando leemos o escuchamos una palabra con letras perdidas o incorrectas, la potencia de cálculo de nuestro cerebro sigue siendo capaz de entender la palabra. El algoritmo sigue el mismo principio: codifica los datos con suficiente redundancia para asegurar que incluso los datos altamente imprecisos puedan ser restaurados más tarde.
La codificación de canales se utiliza en muchos campos, incluyendo las telecomunicaciones. ¿Qué desafíos enfrentó al desarrollar su solución?
El primer desafío fue crear un algoritmo específicamente orientado a los errores que ocurren en el ADN. El segundo era hacer el algoritmo tan eficiente que se pudieran almacenar las mayores cantidades posibles de datos en la menor cantidad posible de ADN, de modo que sólo se añadiera la cantidad absolutamente necesaria de redundancia. Demostramos que nuestro algoritmo está optimizado en ese sentido.
El almacenamiento de datos de ADN es muy costoso debido a la complejidad de la producción de ADN así como del proceso de lectura. ¿Qué hace que el ADN sea un medio de almacenamiento atractivo a pesar de estos desafíos?
En primer lugar, el ADN tiene una densidad de información muy alta. Esto permite el almacenamiento de enormes volúmenes de datos en un espacio mínimo. En el caso de la serie de televisión, almacenamos "sólo" 100 megabytes en un picogramo - o una milmillonésima parte de un gramo de ADN. Sin embargo, teóricamente, sería posible almacenar hasta 200 exabytes en un gramo de ADN. Y el ADN dura mucho tiempo. En comparación: Si nunca encendieras tu PC o escribieras datos en el disco duro que contiene, los datos desaparecerían después de un par de años. Por el contrario, el ADN puede permanecer estable durante muchos miles de años si está bien empaquetado.
Y el método que has desarrollado también hace que las cadenas de ADN sean duraderas, prácticamente indestructibles
Mi colega Robert Grass fue el primero en desarrollar un proceso para el "empaquetamiento estable" de las cadenas de ADN encapsulándolas en esferas a escala nanométrica hechas de vidrio de sílice. Esto asegura que el ADN está protegido contra las influencias mecánicas. En un documento conjunto en 2015, presentamos el primer concepto de almacenamiento de datos de ADN robusto con nuestro algoritmo y el proceso de encapsulación desarrollado por el Prof. Grass. Desde entonces hemos mejorado continuamente nuestro método. En nuestra más reciente publicación en los Protocolos de la Naturaleza de enero de 2020, transmitimos lo que hemos aprendido.
¿Cuáles son sus próximos pasos? ¿Tiene futuro el almacenamiento de datos de ADN?
Estamos trabajando en una forma de hacer el almacenamiento de datos de ADN más barato y más rápido. "Biohackers" fue un hito en el camino hacia la comercialización. Pero todavía tenemos un largo camino por recorrer. Si esta tecnología tiene éxito, grandes cosas serán posibles. Bibliotecas enteras, todas las películas, fotos, música y conocimientos de todo tipo - siempre que puedan ser representados en forma de datos - podrían ser almacenados en el ADN y estarían así disponibles para la humanidad por la eternidad.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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