La molécula de DNA: ¿Un sustituto de medios informáticos habituales de almacenamiento, ej. pendrive, USB, entre otros?

Las  tecnologías de almacenamiento de información, tales como discos duros o memorias portátiles, no tienen suficiente capacidad para almacenar la información de datos al ritmo exponencial que se están generando, como tampoco la estabilidad de mantenerla en el tiempo. Esto ha llevado a la búsqueda de nuevas formas alternativas de almacenaje más estables y que ahorren espacio de almacenamiento para asegurar que toda esa información no se pierda. Recientemente, la molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA) ha surgido como un enfoque prometedor para el almacenamiento de información digital a largo plazo.^1,2

Si tomamos en cuenta que la información genética de todo organismo vivo, eucariota como por ej. humanos o cualquier otro vertebrado, o procariota como bacterias y algunos virus, se encuentra almacenada en la molécula de DNA, podríamos trasladar la idea de almacenamiento al mundo digital y considerar al DNA como un dispositivo de almacenamiento tipo microship, pendrive, disco duro, etc., que porta nuestra información genética.

El DNA es una macromolécula de doble hélice, de cadenas antiparalelas complementarias, donde la información genética está representada por la secuencia de cuatro nucleótidos: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C), a lo largo de estas cadenas; encontrándose que A y T son complementarios al igual que G y C (A-T/G-C).³

 

¿Qué hace que el DNA sea una molécula apropiada para el almacenamiento de información digital no biológica?

Las propiedades del DNA muestran que: a. la información almacenada en esta molécula es estable; b. pueden obtenerse copias fidedignas mediante síntesis enzimática muy precisa (sistema de replicación) por ej. las células que constituyen un organismo multicelular tienen en su núcleo el mismo DNA; c. dicha información puede determinarse mediante métodos rápidos y económicos de secuenciación; y d. la información almacenada en el DNA, es de larga duración como lo muestran experimentos moleculares de análisis de secuencia de organismos prehistóricos.

 

¿Cómo podemos almacenar información digital, no biológica, en el DNA?

Las investigaciones sobre cómo almacenar datos en el DNA no son nuevas.

En teoría se trata de codificar los datos en el DNA, es decir, ‘traducir’ el código binario en el código genético que compone la molécula de DNA, y después recuperar la información mediante un proceso de secuencia del DNA.

En el mundo biológico, la información que genera las instrucciones genéticas está representada, en un orden determinado, por cuatro grupos químicos (A, T, G y C); en los medios electrónicos, la idea es asignar patrones de datos digitales a los nucleótidos del DNA, ej. 00 podría ser el equivalente a A, 01 el equivalente a C, 10 el equivalente a T y 11 a G.^4,5

Utilizando este concepto, Microsoft ha creado el primer disco duro de DNA, capaz de guardar y leer información no biológica en bases de secuencias de DNA a partir de código binario. Los científicos diseñaron un sistema capaz de almacenar 215 petabytes  (1 petabyte = 1.000 millones de megabytes) de datos por gramo de DNA, lo que significa 100 veces más potente que previos intentos de almacenamiento en DNA. Las pruebas consistieron en almacenar en DNA un sistema operativo, la película francesa de los hermanos Lumiere “Llegada del tren a la estación de La Ciotat”, un estudio científico, una tarjeta regalo de Amazon y un virus informático. Todos los datos consiguieron recuperarse con gran precisión.^6,7

 

Ventajas y desventajas

1. La capacidad de almacenamiento del DNA es extraordinaria. La estructura del DNA nos permitiría almacenar información sin problema de espacio ni conservación.
2. No solo es tremendamente compacto, sino que puede durar cientos de miles de años si se conserva adecuadamente. El DNA no se degrada con el tiempo como las cintas de casete y CD y no se volverá obsoleto.
3. Una biblioteca molecular no exige un mantenimiento constante.
4. Aún el uso del DNA en el proceso de almacenaje bioinformático se encuentra en fase experimental dado sus costos; sin embargo, actualmente se evalúan alternativas rápidas y de bajo costo.

Se deduce que en un futuro cercano existe la posibilidad real de que la molécula de DNA sustituya los medios informáticos habituales de almacenamiento.

 

Referencias  

1. BBC News. 2013. ADN: el disco duro del futuro. https://www.bbc.com/mundo/noticias/2013/01/130124_ventajas_archivar_documentos_adn
2. Carolina Fresneda Lorente. 2017. La estructura del ADN parece ser la forma más idónea para almacenar información. https://blogthinkbig.com/el-adn-es-el-nuevo-usb
3. Herrera Paz E.F. 2018. ADN, disco duro de la vida. REV MED HONDUR, Vol. 86, Nos. 1 y 2. 75-85. https://www.researchgate.net/publication/328433148.
4. Goldman N. et al. 2013. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA.Nature 494: 77-80, doi:10.1038/nature11875.
5. EcuRed  Almacenamiento ADN.  https://www.ecured.cu/index.php?title=Almacenamiento_ADN&oldid=3417368.
6. Raya A. 2019. Microsoft crea el primer disco duro que guarda y lee datos en ADN. https://www.elespanol.com/omicrono/tecnologia/20190322/microsoft-primer-disco-duro-guarda-datos-adn/385212848_0.html.
7. Takahashi Ch,N, et al. 2019. Demonstration of End-to-End Automation of DNA Data Storage.Scientific Reports 9:4998 doi.org/10.1038/s41598-019-41228-8