Almacenamiento de datos en el ADN mediante fósiles sintéticos
Robert Grass y Wendelin Stark, finalistas del Premio al Inventor Europeo 2021
La Oficina Europea de Patentes (OEP) anuncia que los investigadores austríacos y suizos Robert N. Grass y Wendelin Stark han sido nominados como finalistas en la categoría "Investigación" del Premio al Inventor Europeo 2021 por su invención de almacenamiento de datos de ADN encapsulado en vidrio. El invento proporciona un novedoso método de conservación de datos convertidos en código genético mediante la fosilización artificial con diminutas esferas de vidrio.
Inspirado en los fósiles, los datos se codifican en formato de ADN y se encajan dentro de diminutas esferas de cristal que los protegen de la descomposición causada por los elementos con el paso del tiempo. El invento, utilizado actualmente para rastrear el origen de los productos a lo largo de las cadenas de suministro y como medio de almacenamiento de datos, tiene el potencial de proteger la información durante milenios
Grass y Stark, profesores de ingeniería química de la ETH de Zúrich (Escuela Politécnica Federal de Zúrich), superaron los problemas que plantea el almacenamiento de datos en ADN sintético. Al desarrollar una forma de encapsular datos en ADN dentro de diminutas esferas de cristal -y recuperarlos sin errores- crearon un formato de almacenamiento con el potencial de proteger datos valiosos durante milenios, así como un robusto código de barras de ADN para su uso en la cadena de suministro.
"Grass y Stark demuestran que un enfoque innovador e interdisciplinario puede producir avances tecnológicos con beneficios potenciales para muchas generaciones futuras, especialmente a la luz de la creciente digitalización de todos los aspectos de la sociedad", afirma el presidente de la OEP, António Campinos, al anunciar los finalistas del Premio al Inventor Europeo 2021. "Con la protección de la patente, convirtieron su investigación en un negocio con aplicaciones en el mundo real".
Los ganadores de la edición 2021 del premio anual a la innovación de la OEP se anunciarán en una ceremonia que comenzará el 17 de junio a las 19:00 CEST y que este año se ha reimaginado como un evento digital para una audiencia global.
Imitar a los fósiles para superar el deterioro de los datos digitales
La humanidad genera datos a un ritmo asombroso, pero gran parte de ellos se almacenan en discos duros y servidores, cuya vida útil es finita y rara vez supera la década, o en cintas magnéticas o incluso disquetes, que empiezan a deteriorarse y degradarse al cabo de 20 años. El invento de Grass y Stark allana el camino para el almacenamiento de datos a largo plazo que supera esta impermanencia imitando la capacidad de almacenamiento de ADN de los fósiles.
Ambos se conocieron en 2004, cuando Stark fue nombrado profesor adjunto en el Departamento de Química y Biociencias Aplicadas de la ETH de Zúrich. Ese mismo año, Grass se incorporó como uno de los primeros estudiantes de doctorado de Stark. Ambos compartían un rasgo en particular: una mentalidad ingenieril que les impulsaba a investigar y construir nuevas tecnologías que tradujeran las tecnologías centradas en la medicina o la biología en invenciones prácticas en otros campos.
La escritura (síntesis) y la lectura (secuenciación) del ADN fue uno de esos campos que les llamó la atención, concretamente la idea de que el ADN -además de almacenar la información genética de todo ser vivo- podía utilizarse como medio de conservación de datos. Esto se hace convirtiendo los datos digitales (una serie de ceros y unos) en una secuencia correspondiente de los cuatro pares de bases del ADN. Aunque el almacenamiento de datos de ADN ya había sido probado por otros científicos, como el genetista estadounidense George Church en 2012, seguía existiendo un obstáculo para este método: las hebras de ADN no protegidas se degradan pronto químicamente tras su exposición al agua, el aire y el calor. Encontraron la inspiración para una solución en los fósiles, donde el ADN se conserva durante cientos de miles de años. "El reto estaba claro: hacer que el ADN fuera estable", explica Grass. "Los fósiles resultaron ser el camino a seguir, así que estudiamos la estructura química de los precipitados de vidrio sobre el ADN, lo que finalmente nos llevó a la tecnología de encapsulación".
En 2012, el equipo de Grass (bajo la dirección de Stark) recreó este efecto protector sellando ADN sintético dentro de partículas de vidrio con diámetros hasta 10 000 veces más finos que una hoja de papel. Una vez que los datos deseados se convierten en ADN -mediante una técnica de síntesis que incluye la codificación de corrección de errores del Dr. Reinhard Heckel, otro científico de la ETH de Zúrich, compensando así los daños en el ADN y la pérdida de datos-, este ADN se encapsula en partículas de vidrio. Aunque estos "fósiles de vidrio" no porosos protegen el ADN de la mayoría de los agentes corrosivos y de los daños por temperatura, el ADN puede recuperarse y leerse fácilmente tratando las partículas con una solución de flúor que puede disolver el vidrio, pero que no daña la información. Con este método, el equipo de Grass consiguió recuperar los datos sin errores tras una semana de almacenamiento a 70ºC, un periodo a temperaturas elevadas que equivale a una exposición ambiental de 2.000 años de almacenamiento a temperaturas medias de Europa Central.
Con la prueba de que su tecnología funcionaba, la ETH de Zúrich presentó una solicitud de patente europea para la invención de Grass y Stark que se concedió en 2018.
Imaginando un mundo escrito en ADN
Grass y Stark llevaron su concepto de la investigación a la realidad comercializándolo a través de la empresa derivada de la ETH Haelixa AG, creada en 2016. La empresa es una de las varias spin-off de la ETH cofundadas por los investigadores, que ven en ellas una excelente forma de llevar al mercado las invenciones patentadas. "Si quieres hacer una empresa y conseguir inversión de una universidad o de una agencia de financiación, tienes que tener una historia muy convincente sobre la protección de tu propiedad intelectual", dice Grass. "Por eso las solicitudes de patentes son un paso muy importante".
Los fósiles de vidrio de Haelixa han demostrado ser muy útiles como código de barras robusto para fines de rastreo: las minúsculas partículas que contienen ADN se aplican a un producto o sustancia y se recuperan posteriormente para su verificación. La técnica se ha utilizado para rastrear el flujo de agua subterránea y verificar los productos en las cadenas de suministro, como el algodón orgánico y las piedras preciosas libres de conflicto que se han obtenido de proveedores con prácticas de extracción éticas certificadas.
El potencial del invento de Grass y Stark como almacenamiento de datos también está cobrando impulso a medida que es posible almacenar mayores cantidades de datos. En 2018, para promocionar la tecnología, el álbum 'Mezzanine' de Massive Attack se reeditó en formato de ADN gracias a que los investigadores codificaron un archivo de datos de 15 MB en hebras de ADN sintético. La técnica obtuvo más publicidad en 2020, cuando el primer episodio de la serie de Netflix "Biohackers" -un archivo de vídeo de 100 MB- se almacenó con éxito en ADN. El elevado coste de escribir ADN sintético limita en gran medida su uso en la actualidad, pero Grass y Stark están trabajando para reducir los costes simplificando el equipo de síntesis de ADN. Grass confía en que la nueva tecnología permitirá acceder a megabytes de almacenamiento de ADN por sólo unos pocos euros en los próximos años, lo que lo hará ideal para almacenar información valiosa de forma segura.
Con este objetivo, los inventores siguen investigando. "Imaginamos un mundo no muy lejano en el que la lectura del ADN sea realmente accesible en la tecnología cotidiana", dice Grass. "Si tomamos como referencia el mundo en el que trabajamos, leer y escribir el ADN es como llevar el bolígrafo al papel: un medio mucho más habitual para que la gente interactúe".
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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