Una «cámara biológica» es capaz de capturar y almacenar imágenes en el ADN de las células vivas, convirtiéndolas en un centro de datos. Sobre la base de este tipo de avances, el ADN podría proporcionar soluciones de almacenamiento de datos muy parecidas a un disco duro de computadora, según una nueva investigación. Este es un paso crucial frente a la sobrecarga global de datos, que se está intensificando con los años.
Científicos de la Universidad Nacional de Singapur han creado la primera «cámara digital viva» del mundo, que proporciona un enfoque eficiente para almacenar datos sobre el ADN vivo. El sistema captura y almacena imágenes directamente en el ADN, aprovechando las células vivas y sus mecanismos intrínsecos para codificar y almacenar información visual.
El avance, resumido en un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Nature Communications, marca un paso importante en la integración de sistemas biológicos con dispositivos digitales. Esto ha sido posible al combinar el poder del ADN con circuitos optogenéticos, que permiten controlar eventos específicos en ciertas células de tejidos vivos mediante la integración de métodos genéticos y ópticos.
Una solución a un problema cada vez más complejo
El nuevo método evita las limitaciones de los actuales sistemas de gestión de datos de ADN, aprovechando las células vivas y sus propios mecanismos. Esto representa un gran avance en la codificación y almacenamiento de imágenes directamente en el ADN, creando un nuevo modelo de almacenamiento de información que recuerda cómo funciona una cámara digital.
La realidad es que la sociedad global sigue generando datos a un ritmo sin precedentes y en unos años se volverá inmanejable: mientras en 2018 el volumen total de almacenamiento de información se estimaba en 33 zettabytes (ZB), se pronostica que para 2025 la la cantidad de datos globalmente subirá a 175 ZB. Cabe recordar que un ZB equivale a 1.000 millones de terabytes (TB), mientras que un TB equivale a 1.000 gigabytes (GB), medida que nos resulta más habitual en el uso diario de ordenadores y dispositivos móviles.
Ante este complejo actual y las mayores complicaciones en un futuro próximo, la idea de utilizar el ADN o ácido desoxirribonucleico, el biomaterial clave de todos los seres vivos de la Tierra, para almacenar información, como imágenes y vídeos, ha tomado bastante renombre en los últimos tiempos. auge. Esto se debe a la excepcional capacidad de almacenamiento, la estabilidad y la idoneidad a largo plazo del ADN como medio de almacenamiento de información.
ADN para almacenar datos: retos a superar
“El ADN almacena información genética que codifica una serie de proteínas responsables de diversas funciones vitales. Pour mettre les choses en perspective, un seul gramme d’ADN peut contenir plus de 215 000 téraoctets de données, ce qui équivaut à stocker 45 millions de DVD combinés», a déclaré le professeur Chueh Loo Poh, directeur de la recherche, dans un comunicado de prensa.
Al mismo tiempo, el ADN es fácil de manipular con las herramientas actuales de biología molecular, se puede almacenar a temperatura ambiente y puede durar siglos. Sin embargo, la investigación actual sobre almacenamiento de datos de ADN se centra en la síntesis de hebras de ADN fuera de las células vivas. Este proceso es costoso y requiere instrumentos complejos, lo que también puede aumentar el riesgo de errores.
Por eso, en el nuevo estudio, los investigadores cambiaron su enfoque: se centraron en las células vivas, que contienen una gran cantidad de ADN que puede actuar como un «banco de datos», eliminando la necesidad de sintetizar material genético en el exterior. Esto crea un sistema más eficiente y conveniente.
Captura y almacenamiento de información en células vivas.
El dispositivo creado se llama «BacCam»: es un sistema que combina varias técnicas biológicas y digitales para emular las funciones de una cámara digital, pero utilizando componentes biológicos. «Piense en el ADN dentro de una célula como una película fotográfica sin revelar: usando optogenética, una técnica que controla la actividad celular con luz similar al mecanismo del obturador de una cámara fotográfica, pudimos capturar imágenes imprimiendo señales de luz en la ‘película’ de ADN», agregó Poh.
Posteriormente, con códigos de barras similares a los utilizados en el etiquetado fotográfico, los especialistas etiquetaron las imágenes capturadas para una identificación única. Además, se utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para organizar, clasificar y recuperar las imágenes almacenadas por la «cámara biológica».
Los científicos probaron la capacidad de la cámara para capturar y almacenar múltiples imágenes simultáneamente, usando diferentes tonos de luz. Un hallazgo clave es que, en comparación con los métodos actuales de almacenamiento de datos de ADN, el nuevo sistema es fácilmente reproducible y escalable. De esta forma, la nueva «cámara viviente» podría allanar el camino para una integración más eficiente de los sistemas biológicos con los dispositivos digitales.
Referencia
Una cámara biológica que captura y almacena imágenes directamente en el ADN. Cheng Kai Lim, Jing Wui Yeoh, Aurelius Andrew Kunartama, Wen Shan Yew y Chueh Loo Poh. Naturaleza de la comunicación (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38876-w
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