Durante miles de millones de años, el ADN ha llevado silenciosamente los planos de toda la vida en la Tierra, codificando instrucciones para todo, desde las bacterias más simples hasta los mamíferos más complejos. En relación con esta línea de tiempo, el descubrimiento de la doble hélice del ADN en 1953 ocurrió hace apenas un instante. Pero ahora, en una jugada inteligente, los científicos están aprovechando el ADN no solo para registrar las instrucciones de la vida, sino como una poderosa computadora biológica.
Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad Johns Hopkins han desarrollado una tecnología que, por primera vez, permite al ADN realizar el conjunto completo de funciones informáticas (almacenar, recuperar, borrar y reescribir datos) como una computadora tradicional. En las primeras pruebas, esta computadora de ADN incluso resolvió acertijos, como versiones simplificadas de sudoku y ajedrez.
ADN: ¿el futuro del almacenamiento de datos?
El ADN es el medio de almacenamiento de datos definitivo de la naturaleza, capaz de almacenar grandes cantidades de información en el volumen más pequeño. Cada célula del cuerpo humano contiene aproximadamente 800 MB de datos, según las estimaciones de los científicos. Pero, a pesar de su potencial, los sistemas sintéticos han tenido dificultades para igualar la versatilidad de los dispositivos electrónicos en lo que se refiere a la gestión de datos. Hasta ahora.
Esta nueva tecnología, descrita como un “motor de computación y almacenamiento de ADN primordial”, promete cambiar eso. Los investigadores han demostrado que los sistemas basados en ADN no solo pueden almacenar datos, sino también realizar tareas complejas como computar, reescribir y mover información.
La clave de este avance reside en un andamio de polímero blando conocido como dendricoloide. Estas diminutas estructuras con forma de árbol ofrecen un entorno estable para el ADN, que sostiene las delicadas moléculas de forma segura y al mismo tiempo les permite realizar tareas complejas. Al utilizar este material, los investigadores pudieron lograr lo que antes se creía imposible: un sistema de ADN que pueda gestionar datos de forma fiable, incluso después de un uso repetido.
“Hemos demostrado que estas tecnologías basadas en ADN son viables, porque hemos creado una”, dice Albert Keung, biólogo molecular y codirector del estudio.
Resolver sudokus con ADN
En los experimentos, el sistema fue capaz de procesar cálculos básicos, incluyendo la resolución de pequeños rompecabezas como cuadrículas de ajedrez de 3×3 y sudokus. Los investigadores esperan que su trabajo inicie una nueva era de computación molecular, una que vaya más allá del simple almacenamiento y entre en el ámbito de las máquinas biológicas completamente desarrolladas.
Lo que hace que este sistema sea notable en comparación con las computadoras basadas en ADN anteriores es su flexibilidad. Al usar enzimas para copiar y reescribir datos sin dañar el ADN original, los investigadores pudieron simular la eliminación y recuperación de archivos, el equivalente en ADN a borrar un disco duro y llenarlo con nuevos archivos. Esto abre la puerta a sistemas de ADN que puedan manejar conjuntos de datos complejos y en evolución.
“Queríamos desarrollar algo que inspirara el campo de la computación molecular”, dice Keung. “Y esperamos que lo que hemos hecho aquí sea un paso en esa dirección”.
Las ventajas del almacenamiento de ADN son asombrosas. Con la increíble densidad de datos del ADN, una cantidad del tamaño de un terrón de azúcar podría almacenar 10 millones de gigabytes (GB) de datos. Eso equivale a miles de computadoras portátiles metidas en un objeto más pequeño que una goma de borrar de lápiz. Y la estabilidad del sistema es notable: los investigadores creen que podría durar milenios en las condiciones adecuadas.
Esto hace que el ADN sea un candidato ideal para el almacenamiento de archivos a largo plazo. Si se imagina grandes centros de datos que se reducen al tamaño de un armario, no está muy lejos de la realidad. Podría almacenar estos datos durante miles o incluso millones de años en ADN congelado. Además, el material del equipo puede soportar más de 170 ciclos de deshidratación y rehidratación, en comparación con solo 60 ciclos con el ADN almacenado en soluciones más simples, lo que lo hace increíblemente robusto para el uso a largo plazo.
“La capacidad de distinguir la información del ADN de las nanofibras en las que está almacenada nos permite realizar muchas de las mismas funciones que se pueden hacer con los dispositivos electrónicos”, escribieron los investigadores en su estudio. Esto incluye copiar datos sin dañar el original y borrar y reescribir fragmentos específicos de información.
¿Qué significa esto para el futuro?
Aunque el sistema actual está lejos de rivalizar con las supercomputadoras en velocidad o potencia, la visión a largo plazo es convincente: un archivo basado en ADN que almacene la suma de todo el conocimiento humano que podría sobrevivir al ascenso y caída de las civilizaciones. Los investigadores también ven posibles aplicaciones en campos como la medicina, donde los datos biológicos podrían procesarse en tiempo real dentro de organismos vivos.
Por ahora, la investigación todavía está en sus primeras etapas. Pero al resolver estos desafíos fundamentales, científicos como Keung esperan inspirar una nueva ola de computación molecular. “Queríamos desarrollar algo que inspirara el campo”, dice. “Y esperamos que lo que hemos hecho aquí sea un paso en esa dirección”.
Si bien el camino hacia un futuro basado en el ADN aún es largo, este último avance señala una nueva y fascinante frontera en la computación.
Los hallazgos aparecieron en la revista Nature Nanotechnology.
Fuente: ZME Science.
