Los científicos han dado un paso hacia el uso de células vivas como discos duros

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Un mensaje de 72 bits se codificó directamente en el ADN bacteriano.

Por Emily Mullin / Ene 21, 2021

Traducido por L. Domenech

Los seres humanos están generando datos digitales a un ritmo que eventualmente podría superar nuestro almacenamiento disponible. Los centros de datos en expansión llenos de filas y filas de servidores informáticos actualmente nos permiten almacenar, realizar copias de seguridad y recuperar nuestros datos, pero su mantenimiento es costoso, ocupan demasiado espacio y consumen enormes cantidades de electricidad.

Es por eso que los investigadores están tan interesados ​​en una forma mucho más pequeña y densa de almacenamiento de datos: el ADN. Para almacenar información en el ADN, el código binario de un archivo de datos (ceros y unos) se convierte primero en las cuatro bases de ADN: A, C, G y T. Luego, los científicos sintetizan químicamente hebras de ADN para que coincidan con la secuencia deseada. Recientemente, los investigadores codificaron un episodio del programa Biohackers de Netflix y 52 páginas de música de Mozart en ADN. 

Una de las principales ventajas del almacenamiento de ADN es que, a diferencia de un disquete o una unidad flash, el ADN nunca quedará obsoleto. Mientras que la mayoría de estos esfuerzos implican almacenar datos en ADN sintético elaborado en un laboratorio, los científicos de la Universidad de Columbia almacenaron recientemente datos dentro del ADN de organismos vivos. En un artículo del 11 de enero en la revista Nature Chemical Biology, los investigadores describen cómo utilizaron la herramienta de edición de genes CRISPR y la estimulación eléctrica para codificar datos binarios digitales en células de Escherichia coli. La capacidad de hacerlo, explican, podría abrir la puerta a mejores opciones de almacenamiento de datos. "Es realmente difícil matar bacterias, lo que las hace ideales para el almacenamiento de información y el mantenimiento y la protección de datos a largo plazo", dice a Future Human el autor principal Harris Wang, PhD, profesor asociado de biología de sistemas. Wang dice que su equipo quería una forma de omitir el paso manual de convertir código binario en bases de ADN. Usando un "circuito genético" - un conjunto de instrucciones que actúa como un circuito eléctrico - y CRISPR, construyeron un sistema que reconoce los niveles de voltaje de una computadora como ceros y unos y los codifica en el ADN de las células bacterianas. Usando el enfoque, los investigadores codificaron eléctricamente el mensaje "¡Hola mundo!" en E. coli. El mensaje tiene solo 72 bits, una cantidad muy pequeña de información en comparación con los cientos de megabytes que se han almacenado en el ADN sintético. Pero codificar información en células vivas es más difícil porque se mueven, se multiplican y mueren constantemente. Los investigadores también demostraron que pudieron seleccionar la E. coli codificada de una mezcla de microbios y recuperar el mensaje extrayendo y secuenciando su ADN. No es la primera vez que los investigadores experimentan con la codificación de información en células vivas. Previamente, un equipo de Harvard dirigido por el genetista George Church, PhD, usó CRISPR para insertar un GIF en E. coli. Los investigadores convirtieron los píxeles individuales de cada imagen en bases de ADN y entregaron el GIF en células bacterianas en cinco cuadros. Pero el mayor avance con el artículo del grupo de Columbia, dice Albert Keung, PhD, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, es la capacidad de registrar datos directamente desde una computadora en las células. Dice que sienta las bases para las conexiones directas entre computadoras y sistemas biológicos. Aunque la idea de alojar nuestros datos en bacterias puede parecer extraña, tiene ventajas sobre el almacenamiento de datos tradicional y el almacenamiento de ADN sintético. Una de las principales ventajas de almacenar datos en células vivas como las bacterias es una mejor protección. Mientras que el ADN desnudo se degrada rápidamente, E. coli es resistente: las bacterias pueden sobrevivir a una amplia gama de temperaturas y soportar la exposición a la radiación. Y, por supuesto, las celdas son más pequeñas que un disco duro o una unidad USB y pueden contener mucha más información. Más allá de almacenar datos, la técnica podría usarse para hacer "sensores vivos" para registrar lo que está sucediendo dentro o alrededor de una celda. “Uno podría imaginarse aplicaciones de almacenamiento de datos donde esto tendría muchas ventajas”, dice Keung a Future Human. Por ejemplo, los científicos podrían usar el sistema para registrar una serie de eventos biológicos en el intestino de un animal o detectar toxinas en el suelo. Eventualmente, la información podría incluso alojarse en células humanas, como un pequeño disco duro incrustado en su piel. “Creo que ciertamente en el futuro uno podría imaginar que podría hacer que su computadora codificara directamente algo significativo en la celda”, dice Wang. "Aquí estamos hablando de bacterias, pero tal vez incluso podrías hacer esto en la célula de mamífero, y tal vez eso esté incrustado en tu piel". ¿Qué tipo de información podríamos incrustar en nuestra piel algún día? Wang especula que las células podrían ser una forma de almacenar registros médicos personales o datos biométricos. Pero todavía queda un largo camino por recorrer, dice Wang. "En este momento, solo estamos hablando del paso muy básico de cómo hacer que las células reconozcan lo que escupe una computadora".

El artículo original se puede leer en inglés en Medium / Future Human