Los investigadores se han centrado en el potencial del ADN como medio de almacenamiento de datos debido a su capacidad para almacenar grandes cantidades de información en un espacio diminuto.
La naturaleza muestra en forma de ADN cómo se pueden almacenar datos de forma rentable y a largo plazo. La Cátedra de Bioinformática de Würzburg desarrolla chips de ADN para la tecnología informática.
La molécula hereditaria de ADN es conocida por su capacidad para almacenar grandes cantidades de información durante largos períodos de tiempo en un espacio increíblemente pequeño. Desde hace diez años, los científicos persiguen el objetivo de desarrollar chips de ADN para la tecnología informática, especialmente para el archivo de datos a largo plazo. Estos chips serían superiores a los chips convencionales basados en silicio en términos de densidad de almacenamiento, longevidad y sostenibilidad.
En una cadena de ADN se encuentran cuatro componentes básicos recurrentes. Se puede utilizar una secuencia específica de estos bloques para codificar información, tal como lo hace la naturaleza. Para construir un chip de ADN es necesario sintetizar y estabilizar el ADN codificado correspondientemente. Si esto funciona bien, la información se conserva durante mucho tiempo; los investigadores suponen que varios miles de años. La información se puede recuperar leyendo y decodificando automáticamente la secuencia de cuatro bloques de construcción básicos.
La información se puede almacenar en forma de ADN en chips fabricados a partir de nanocelulosa semiconductora. Las proteínas controladas por luz leen la información. Crédito: Cátedra de Bioinformática / Universidad de Würzburg
Desafíos en el almacenamiento de datos de ADN
«El hecho de que el almacenamiento digital de datos de ADN con alta capacidad y larga vida útil es factible se ha demostrado varias veces en los últimos años», afirmó el profesor Thomas Dandekar, director de la Cátedra de Bioinformática de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg. “Pero los costos de almacenamiento son altos, cerca de 400.000 dólares por megabyte, y la información almacenada en el ADN sólo puede recuperarse lentamente. Se necesitan horas o días, dependiendo de la cantidad de datos”.
Estos desafíos deben superarse para que el almacenamiento de datos de ADN sea más aplicable y comercializable. Las herramientas adecuadas para ello son las enzimas controladas por luz y el software de diseño de redes de proteínas. Thomas Dandekar y los miembros de su equipo presidente, Aman Akash y Elena Bencurova, analizan esto en una revisión reciente en la revista Trends in Biotechnology.
El equipo de Dandekar está convencido de que el ADN tiene futuro como almacenamiento de datos. En la revista, los investigadores de JMU muestran cómo una combinación de biología molecular, nanotecnología, nuevos polímeros, electrónica y automatización, junto con el desarrollo sistemático, podría hacer posible almacenar datos de ADN útiles para el uso diario en unos pocos años.
Desarrollo innovador de chips de ADN
En el JMU Biocenter, el equipo de Dandekar está desarrollando chips de ADN elaborados a partir de nanocelulosa semiconductora producida por bacterias. «Con nuestra prueba de concepto podemos mostrar cómo la electrónica y la tecnología informática actuales pueden sustituirse parcialmente por componentes biológicos moleculares», afirma el profesor. De esta manera, sería posible lograr sostenibilidad, total reciclabilidad y una alta robustez incluso frente a impulsos electromagnéticos o cortes de energía, pero también una alta densidad de almacenamiento de hasta mil millones de gigabytes por gramo de ADN.
Thomas Dandekar califica de muy relevante el desarrollo de chips de ADN: “Solo sobreviviremos como civilización a largo plazo si damos el salto a este nuevo tipo de tecnología informática sostenible que combina la biología molecular con la electrónica y la nueva tecnología de polímeros”.
Lo importante para la humanidad, afirmó, es avanzar hacia una economía circular en armonía con los límites planetarios y el medio ambiente. “Necesitamos lograrlo en 20 o 30 años. La tecnología de chips es un ejemplo importante de esto, pero las tecnologías sostenibles para producir chips sin desechos electrónicos ni contaminación ambiental aún no están maduras. Nuestro concepto de chip de nanocelulosa contribuye de forma valiosa a ello. En el nuevo artículo, examinamos críticamente nuestro concepto y lo avanzamos aún más con las innovaciones de investigación actuales”.
Mejorar aún más los medios de almacenamiento de ADN
El equipo de Dandekar está trabajando actualmente para combinar aún mejor chips de ADN fabricados a partir de nanocelulosa semiconductora con las enzimas diseñadas que han desarrollado. También es necesario mejorar las enzimas.
«De esta manera queremos tener un control cada vez mejor del medio de almacenamiento de ADN y poder almacenar aún más en él, pero también ahorrar costes y así, paso a paso, permitir su uso práctico como medio de almacenamiento en la vida cotidiana».
Referencia: “Cómo hacer que el almacenamiento de datos de ADN sea más aplicable” por Aman Akash, Elena Bencurova y Thomas Dandekar, 15 de agosto de 2023, Tendencias en biotecnología.
DOI: 10.1016/j.tibtech.2023.07.006
El trabajo descrito cuenta con el apoyo financiero de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y el Estado Libre de Baviera. Socios de cooperación importantes son Sergey Shityakov, profesor de la Universidad Estatal de Tecnologías de la Información, Mecánica y Óptica (ITMO) de San Petersburgo, Daniel López, PhD, de la Universidad Autónoma de Madrid, y el Dr. (Emmendingen).
