Imagínese la "Suite para violonchelo n.º 1" de Bach tocada en una hebra de ADN.
Este escenario no es tan imposible como parece. Demasiado pequeño para soportar un rasgueo rítmico o una cuerda de arco que se desliza, el ADN es una fuente inagotable para almacenar archivos de audio y todo tipo de otros medios.
"El ADN es el sistema de almacenamiento de datos original de la naturaleza. Podemos usarlo para almacenar cualquier tipo de datos: imágenes, videos, música, cualquier cosa", dijo Kasra Tabatabaei, investigadora del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas y coautoraen este estudio.
Expandir la composición molecular del ADN y desarrollar un nuevo método de secuenciación preciso permitió a un equipo multiinstitucional transformar la doble hélice en una plataforma de almacenamiento de datos robusta y sostenible.
El artículo del equipo apareció en Nano letras en febrero de 2022.
En la era de la información digital, cualquier persona lo suficientemente valiente como para navegar por las noticias diarias siente que el archivo global se vuelve más pesado cada día. Cada vez más, los archivos en papel se digitalizan para ahorrar espacio y proteger la información de los desastres naturales.
Desde científicos hasta personas influyentes en las redes sociales, cualquier persona con información para almacenar se beneficiará de una caja de seguridad de datos sostenible y segura, y la doble hélice cumple los requisitos.
"El ADN es una de las mejores opciones, si no la mejor opción, especialmente para almacenar datos de archivo", dijo Chao Pan, estudiante de posgrado en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y coautor de este estudio.
Su longevidad solo rivaliza con la durabilidad, el ADN está diseñado para soportar las condiciones más duras de la Tierra, a veces durante decenas de miles de años, y seguir siendo una fuente de datos viable. Los científicos pueden secuenciar hebras fosilizadas para descubrir historias genéticas y dar vida a largopaisajes perdidos.
A pesar de su estatura diminuta, el ADN es un poco como la infame cabina de policía del Dr. Who: más grande por dentro de lo que parece.
"Todos los días, se generan varios petabytes de datos en Internet. Solo un gramo de ADN sería suficiente para almacenar esos datos. Así de denso es el ADN como medio de almacenamiento", dijo Tabatabaei, quien también es estudiante de quinto añoEstudiante de doctorado.
Otro aspecto importante del ADN es su abundancia natural y su capacidad de renovación casi infinita, un rasgo que no comparte el sistema de almacenamiento de datos más avanzado del mercado actual: los microchips de silicio, que a menudo circulan durante décadas antes de un entierro sin ceremonias en un montón dedesechos electrónicos depositados en vertederos.
"En un momento en el que nos enfrentamos a desafíos climáticos sin precedentes, la importancia de las tecnologías de almacenamiento sostenibles no se puede subestimar. Están surgiendo nuevas tecnologías ecológicas para el registro de ADN que harán que el almacenamiento molecular sea aún más importante en el futuro", dijo Olgica Milenkovic,el Profesor Franklin W. Woeltge de Ingeniería Eléctrica e Informática y co-PI del estudio.
Visualizando el futuro del almacenamiento de datos, el equipo interdisciplinario examinó el MO milenario del ADN. Luego, los investigadores agregaron su propio giro del siglo XXI.
En la naturaleza, cada hebra de ADN contiene cuatro sustancias químicas: adenina, guanina, citosina y timina, a las que a menudo se hace referencia con las iniciales A, G, C y T. Se organizan y reorganizan a lo largo de la doble hélice en combinacionesque los científicos pueden decodificar, o secuenciar, para dar sentido.
Los investigadores ampliaron la ya amplia capacidad del ADN para el almacenamiento de información al agregar siete nucleobases sintéticas a la línea de cuatro letras existente.
"Imagínese el alfabeto inglés. Si solo tuviera cuatro letras para usar, solo podría crear tantas palabras. Si tuviera el alfabeto completo, podría producir combinaciones ilimitadas de palabras. Eso es lo mismo con el ADN. En lugar de convertir ceros yunos a A, G, C y T, podemos convertir ceros y unos a A, G, C, T y las siete letras nuevas en el alfabeto de almacenamiento", dijo Tabatabaei.
Debido a que este equipo es el primero en usar nucleótidos modificados químicamente para el almacenamiento de información en el ADN, los miembros innovaron en torno a un desafío único: no toda la tecnología actual es capaz de interpretar cadenas de ADN modificadas químicamente. Para resolver este problema, combinaron el aprendizaje automático y artificialinteligencia para desarrollar el primer método de procesamiento de lectura de secuencias de ADN de su clase.
Su solución puede distinguir los químicos modificados de los naturales y diferenciar cada una de las siete nuevas moléculas entre sí.
"Probamos 77 combinaciones diferentes de los 11 nucleótidos, y nuestro método pudo diferenciar cada uno de ellos perfectamente", dijo Pan. "El marco de aprendizaje profundo como parte de nuestro método para identificar diferentes nucleótidos es universal, lo que permite la generalizaciónde nuestro enfoque a muchas otras aplicaciones".
Esta traducción de letra perfecta es cortesía de los nanoporos: proteínas con una abertura en el medio a través de la cual puede pasar fácilmente una hebra de ADN. Sorprendentemente, el equipo descubrió que los nanoporos pueden detectar y distinguir cada unidad monomérica individual a lo largo de la hebra de ADN, ya sealas unidades tienen orígenes naturales o químicos.
"Este trabajo proporciona una emocionante demostración de prueba de principio de la extensión del almacenamiento de datos macromoleculares a productos químicos no naturales, que tienen el potencial de aumentar drásticamente la densidad de almacenamiento en medios de almacenamiento no tradicionales", dijo Charles Schroeder, profesor de economía de Jamesde Ciencia e Ingeniería de Materiales y co-PI en este estudio.
El ADN literalmente hizo historia al almacenar información genética. A juzgar por este estudio, el futuro del almacenamiento de datos es igual de doble hélice.
Los colaboradores adicionales de la UIUC incluyen a Aleksei Aksimentiev, el Centro de Biofísica y Biología Cuantitativa; y Álvaro Hernández, el Centro de Biotecnología Roy J. Carver. Las instituciones asociadas incluyen la Universidad de Massachusetts en Amherst y la Universidad de Stanford. Para obtener una lista completa de los colaboradores y susafiliaciones, consulte el trabajo publicado.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas. Original escrito por Jenna Kurtzweil. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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