Científicos almacenaron video dentro de un ser vivo

¿Imaginas una biblioteca dentro de un pequeño tubo de ensayo? ¿Qué tal si los enormes data centers que ahora conocemos, con grandes hileras de computadores conectados entre sí almacenando inmensas cantidades de información en todo momento, ocuparan el espacio de un anaquel en tu cocina? ¿Y si la contabilidad entera de una empresa trasnacional cupiera en el bolsillo derecho de tu chamarra?

Varias empresas tecnológicas han manifestado su preocupación por la falta de capacidad de almacenamiento que podrían enfrentar si el crecimiento en la generación de información continúa al ritmo de los últimos años.

De acuerdo con IBM, los humanos producimos 2.5 exabytes de información todos los días, es decir que cada dos días generamos la misma cantidad de información que produjo la civilización desde su comienzo, hace más de 3,000 años.

Facebook, Google, Microsoft y otras compañías tecnológicas requieren cada vez mayores capacidades de almacenamiento de datos. Según la compañía de TI, DXC Technology, 70% de la data es creada por individuos, pero las empresas son responsables de almacenar y administrar 80% de esta información y quizá sea la biología la que ayude a los negocios a alcanzar sus requerimientos de almacenamiento, sobre todo si se considera que en poco más de 10 gramos de ADN cabe toda la información que los humanos producimos en un día.

La idea de guardar información en el ADN ha ganado impulso en los últimos cinco años, de acuerdo con

IEEE Spectrum. En el 2012, científicos de la Universidad de Harvard lograron codificar un libro en ADN sintetizado. En marzo pasado, un grupo de investigadores de la Universidad de Washington y Microsoft introdujeron 200 megabytes de información en una cadena de ADN y hace apenas unas semanas, en un reporte publicado en la revista Nature, investigadores de Harvard demostraron que es posible guardar imágenes y video dentro del ADN de una bacteria E. coli viva.

Hasta ahora, “nadie había podido archivar data dentro de un organismo vivo”, dijo Seth Shipman, un neurocientífico de Harvard que dirigió el experimento, según IEEE Spectrum.

El video que los científicos almacenaron fue un GIF de 36 por 26 píxeles de una de las primeras imágenes en movimiento de la historia, una yegua galopante llamada Annie G, de Eadweard Muybridge, grabada en 1887 y para conseguirlo, el grupo de científicos convirtió primero los pixeles de la película en moléculas del código del ADN, las cuales son representadas por las letras A (adenina), C (citosina), G (guanina) y T (timina), y después sintetizó este ADN.

Así es como funciona el almacenamiento de información en ADN: primero, se toma cualquier dato digital que normalmente se almacenaría en un código binario de 0 y 1 y se traduce al código genético de A,C,C,T, que representa los bloques químicos del ADN. Ese código de ADN se entrega a una compañía de biología sintética que fabrica las cadenas de ADN de acuerdo con las especificaciones. En seguida, el código genético se almacena en un tubo de ensayo y se guarda en un lugar frío. Cuando uno desea recuperar la información, sólo hay que sacar el tubo de ensayo y secuenciar la cadena de ADN para decodificar el material que contiene, el cual se vuelve a traducir en código binario.

“En lugar de generar una larga cadena de código, lo organizaron, junto con otros elementos genéticos, en segmentos cortos que parecían fragmentos de ADN viral”, esto se debe a que la bacteria E. coli está naturalmente programada para recoger trozos errantes de cadenas de ADN y guardarlos en su propio genoma, así que cuando los científicos depositaron la información de video convertida en cadenas de ADN, las bacterias las tomaron y las archivaron dentro de sí.

Los investigadores fueron capaces de recuperar la película de Muybridge con 90% de precisión al secuenciar el ADN de la bacteria.

Muchas de las investigaciones vinculadas con el uso del ADN como forma de almacenamiento de información están estrechamente vinculadas con los inicios de la electrónica digital, cuando los transistores y circuitos integrados ofrecieron la posibilidad de construir dispositivos cada vez más complejos conforme la escala y la velocidad de sus componentes se hacía más eficiente en cuanto a espacio y costo.

Así que no sería de extrañarse que en un futuro no muy lejano comencemos a escuchar acerca de pequeñas calculadoras biológicas o que un grupo de científicos diseñó un reloj despertador genético.

Estos dispositivos, que también podrían ser llamados orgánicos, encontrarían su base en la diminuta computadora biológica creada con fragmentos de ADN sintético por Alexander Green y su equipo en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona en colaboración con el Instituto Wyss para la Ingeniería Biológica de Harvard, de acuerdo con IEEE Spectrum.

Cuando los fragmentos de ADN sintéticos programados por Green y su equipo son introducidos dentro de una bacteria de E. Coli, el ácido ribonucleico dentro de la misma actúa como una ribocomputadora, la cual tienen la capacidad de evaluar 12 entradas de información, realizar operaciones lógicas como AND, OR y NOT y dar instrucciones a las células de la bacteria.

“Este circuito biológico permite a los investigadores programar las células para responder cuando reciben un tipo particular de entrada. Por ejemplo, las células podrían ser programadas para encenderse o autodestruirse cuando detectan la presencia de una toxina o un marcador de cáncer”, refirió el sitio especializado en tecnología.

Nada de esto habría sido posible sin el CRISPR

El CRISPR/Cas9 es la tecnología que cambió el panorama sobre la modificación del ADN de cualquier organismo vivo, incluidos los seres humanos. De acuerdo con Nelly Toche, para El Economista, “la técnica CRISPR/Cas9 posibilita hacer ediciones en los genomas casi sin límites. Aparte de que permite estudiar mutaciones simples en los genes, también se podrán hacer mutaciones en varios de ellos a la vez, con ventajas de tiempo”.

Hasta ahora, la mayoría de los científicos utilizaban al CRISPR, un fragmento del genoma de la bacteria E. Coli, para editar genes. Lo innovador de los experimentos de Shipman y de Green recae en que los científicos lograron engañar a la bacteria al disfrazar la información digital de la película y de la ribocomputadora en forma de virus, debido a que la función de CRISPR es agarrar un pedazo de ADN de invasores virales y archivarlo en una sección de su ADN, con lo que sólo basta secuenciar el ADN de la bacteria para obtener la información que está almacenada en su interior.

Estos circuitos de CRISPR serían como los diodos y transistores utilizados durante el nacimiento de la era digital, a mediados del siglo pasado, lo que implica que estamos en pañales respecto al desarrollo de la informática biológica y aunque esta técnica ya ha generado consideraciones éticas, como si es correcto almacenar información en organismos vivos, lo cierto es que varias empresas ya están trabajando con esta tecnología.

De acuerdo con IEEE Spectrum, en abril del 2016, investigadores y desarrolladore de IBM, Intel y Microsoft se reunieron para discutir el problema que está generando el ritmo al que producimos información, lo que está superando con rapidez la capacidad de las mejores tecnologías de almacenamiento a nuestro alcance: las cintas magnéticas y las memorias flash.

La reunión transcurrió a puerta cerrada y básicamente, lo que se discutió en ella fue el potencial que los directivos de las empresas veían en el almacenamiento de datos en ADN. “Al convertir archivos digitales en material biológico, las instalaciones de almacenamiento podrían ser reemplazadas por diminutos tubos de ensayo”, refiere IEEE Spectrum.

Para esto solo hace falta que la tecnología genética reduzca sus costos y puede que esto no sea descabellado si consideramos que la secuenciación o lectura de un genoma de 3,000 millones de letras que ahora cuesta alrededor de 1,000 dólares tenía un precio de 100 millones de dólares en el 2001. Las tecnologías para escribir código genético son mucho más recientes; no obstante, ya hay empresas que están fabricando cadenas de ADN según las especificaciones del cliente un primer paso de lo que podría ser la solución para una industria de almacenamiento de información que de acuerdo con Statista tiene un valor de 50,000 millones de dólares.

(Con información de El Economista)