¿Y si usamos el ADN como si fuera un disco duro?

No es una idea tan extraña, aunque sería demasiado lento para leer un archivo... por ahora.

Recreación artística de ADN
Recreación artística de ADNColinN00B (nombre del dueño)Creative Commons

Existen tres factores clave para el avance de la tecnología. Uno es la velocidad de procesamiento, que aumenta a través del desarrollo de circuitos lógicos cada vez más pequeños para manejar más datos al mismo tiempo. Otro es la velocidad de transmisión, que nos permite poder conseguir algo tan imposible como comunicarnos a tiempo casi real con una conexión de internet. Y el ultimo es el almacenamiento de información, que hemos visto evolucionar con artilugios que van desde las cintas a los discos duros.

Sin estos tres factores, habría sido imposible la tecnología actual. Cada vez conseguimos tecnología más pequeña y barata, que nos ha permitido dejar las computadoras enormes que ocupaban una habitación, a poder tener un teléfono móvil con realidad aumentada en nuestros bolsillos.

Pero estos factores tienen un límite. Habrá un momento que los circuitos no puedan ser más pequeños, ni podamos almacenar tanta información en dispositivos electrónicos. Por suerte, todavía tenemos tiempo para pensar una solución. ¿Y si nos fijamos en la naturaleza y usamos el ADN como disco duro?

Un alfabeto de cuatro letras

La idea de usar el ADN para guardar información digital no es precisamente nueva. Desde que se secuenció el genoma a comienzos del siglo XX, varios equipos de investigación juegan con esta idea, diseñando sistemas de almacenamiento. Y no es extraño si tenemos en cuenta que nuestro ADN ya ejerce esta función dentro de nuestras células.

Las moléculas de ADN consisten en largas cadenas formadas por pequeños bloques que se repiten una y otra vez, llamados nucleótidos. Estos componentes básicos no son completamente iguales a lo largo de la cadena, sino que pueden ser de cuatro tipos diferentes, y lo que importa es el orden en el que aparecen dentro de la cadena.

Al secuenciar un fragmento de ADN, estamos identificando y leyendo el orden de los nucleótidos que la forman, y se interpreta como un texto formado por cuatro únicas letras. Las células incluyen mecanismos para transcribir estas secuencias, y usar su información para formar proteínas, encargadas del correcto funcionamiento de la célula. De este modo, suele considerarse que el ADN es un manual de instrucciones para la célula, que le indica qué proteínas debe crear a lo largo de su vida.

Diferencia entre el ARN y el ADN
Diferencia entre el ARN y el ADNSponk

Cada instrucción completa del ADN es lo que llamamos gen, y realmente podemos transformar los archivos de nuestro ordenador a este formato. El ADN codifica la información a través de cuatro letras, y el ordenador almacena los datos en formato binarios, con unos y ceros. Solo debemos elegir que dos letras del ADN representan al cero, y qué letras representan al uno, y estaremos listos para crear un ADN cuyo orden pueda ser traducido en un archivo digital y viceversa.

Incluso podemos aprovechar el comienzo del gen. Al ser por donde se comienza a transcribir, en nuestras células existen diferentes estrategias genéticas que las usan para indicar cuando debe leerse un gen y cuando no. Por ejemplo, algunas proteínas evitan que un gen sea leído, situándose directamente encima de él y entorpeciendo la transcripción. Otros métodos modifican químicamente el ADN para que se enrolle y apriete y se vuelva imposible de acceder a él. Este es el motivo por el cual, aunque tengamos el mismo ADN en todas nuestras células, estas puedan llegar a ser muy diferentes. La diferencia entre una neurona y una célula de nuestra piel, no está en la secuencia de ADN sino en los genes que se leen en cada caso.

En términos informáticos, el comienzo del gen sería el equivalente al nombre del archivo. Podemos usar estas secuencias iniciales para reconocer y leer un único archivo, y mantenerlo identificado dentro de la larga cadena de ADN. Solo tendremos que buscar esta secuencia inicial y empezar a leer a partir de ahí, como hace nuestra célula.

Además, los avances en la manipulación genética actúan a nuestro favor. Ya somos capaces de crear secuencias de ADN a la carta, con secuencias que nosotros deseemos y que podemos hacer coincidir con el archivo digital que queremos escribir. También tenemos herramientas como CRISPR/Cas9, descubierta por el científico español Francis Mojica, que permite cortar y cambiar secuencias de ADN concretas para modificar nuestros archivos.

Estas características vuelven al ADN un material factible para almacenar información. Y de hecho, lo haría mejor que nuestros discos duros en muchos sentidos. Si consideramos la transformación digital y pensamos que cada nucleótido es un byte, la cantidad de ADN que incluye una sola de nuestras células sería suficiente para almacenar hasta 6 gigabytes.

Y por supuesto, no debemos limitarnos a la memoria almacenada en el ADN de una célula, sino que el plan es usar ADN libre, concentrado en un tubo de ensayo. De este modo podemos tener enormes cantidades de información almacenada, de una manera mucho más compacta que cualquier tecnología actual y que permanece estable durante décadas.

El ordenador más lento del mundo

Pero antes de empezar a ver a ver discos duros genéticos en la tienda, hay varios inconvenientes que quedan por solucionar. El principal es que es incómodo extraer la información que hemos escrito en el ADN. Estamos acostumbrados a pinchar simplemente sobre un archivo para leer su contenido, pero en el ADN tendremos que leer el material genético usando técnicas de laboratorio como la PCR.

La PCR ha estado en boca de muchos debido a su uso para detectar las secuencias del coronavirus SARS-CoV-2, pero tiene otras aplicaciones. La técnica en sí permite copiar una secuencia de ADN en concreto, siempre y cuando tengamos un comienzo y un final. Por eso, para detectar el material genético del coronavirus buscamos secuencias que solo en él y no en nuestro cuerpo. En el caso de nuestro disco duro, es fácil de usar para copiar nuestro archivo usando el nombre del mismo (el comienzo del gen).

Esquema simplificado del funcionamiento de la Reaccion en cadena de la polimerasa o PCR. Se generan copias del ADN original señaladas por los cebadores.
Esquema simplificado del funcionamiento de la Reaccion en cadena de la polimerasa o PCR. Se generan copias del ADN original señaladas por los cebadores.Daniel Gómez Domínguez

Las desventajas son las mismas que cuando se usa en la prueba de la COVID19: su velocidad. Necesita varias horas de cambios de temperatura para funcionar, y además acaba destruyendo la muestra de ADN inicial. Si usamos la PCR para nuestro ordenador génico, al pinchar un archivo necesitaríamos seis horas para conocer la información y habríamos borrado el resto del disco duro. Una pesadilla.

Este exceso de tiempo de lectura hace que el ADN actualmente se plantee como opción no tanto para discos duros normales, sino para almacenar datos a los que no se acceden muy a menudo. Por ejemplo, en copias de seguridad, que la mayoría de casos no se necesitan y se acaban borrando. Si sucede algo y necesitamos una copia de seguridad masiva guardada en el ADN, seis horas de espera puede parecer poco.

Para el problema de la destrucción del ADN original, se buscan alternativas a la PCR. El último avance en este sentido ha sido de un equipo estadounidense, que ha usado como soporte ADN lineal (otro tipo de molécula de ADN) que permite evitar la PCR y leer el archivo transformando el archivo en ARN y aislándolo de la muestra original. Este proceso sería similar al que realiza nuestras células, así que da pie a que funcione con bastante eficacia y sea una alternativa interesante.

Este es un paso más al uso del ADN como disco duro. Quizá en el futuro podremos tener ordenadores con copias de seguridad genéticas. Dentro tendrían una pequeña incubadora de ADN con copias de seguridad, y un robot que realice una PCR al darle al botón de restaurar. No es un futuro tan imposible, y en él, la tecnología estaría más viva que nunca.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • No tenemos únicamente ADN en nuestras células. También tenemos ARN, otro tipo de ácido nucleico que lleva una copia de la información del ADN al exterior del núcleo para su traducción en proteínas.
  • Las secuencias de ADN pueden cambiar en el tiempo en las temidas mutaciones espontaneas. En ellas, un nucleótido puede cambiar a otro y cambiar la eficacia del gen que lo incluye. Para evitarlo, nuestra célula tiene mecanismos de reparación, pero tienen sus límites y las mutaciones que quedan pueden acabar provocando la división descontrolada de la célula y provocar un tumor. Por este motivo, todo agente que favorezca las mutaciones aumenta la probabilidad de cáncer, como el tabaco o la radiación solar.

REFERENCIAS: