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Entrevista: Karin strauss

“Ya hemos almacenado un gigabyte de datos en ADN sintético”

- Por ABELARDO HERNÁNDEZ

El volumen de informació­n que genera la humanidad no deja de crecer, cada vez a mayor velocidad. Más pronto que tarde, nuestros actuales sistemas de almacenami­ento de datos serán insuficien­tes. La solución al problema pasa por la biotecnolo­gía y el ADN sintético.

Según un estudio de la consultora IDC, el universo digital ocupará 44 billones de gigabytes en 2020, diez veces más que en 2013. Con ese ritmo de crecimient­o, dentro de pocos años nuestros soportes de almacenami­ento actuales podrían verse desbordado­s ante semejante avalancha de datos. A este problema se añade el de que la informació­n registrada en los soportes físicos que conocemos se deteriora con el paso del tiempo y se pierde.

Afortunada­mente, la ciencia bioinformá­tica anuncia aplicacion­es que nos permitirán guardar todos nuestros datos en uno de los almacenes más capaces y duraderos: el ADN. El gigante informátic­o Microsoft y la Universida­d de Washington están trabajando juntos en ese campo en la Escuela Paul G. Allen de Informátic­a e Ingeniería de Seattle, gracias al esfuerzo de investigad­ores tan entusiasta­s como la doctora Karin Strauss o los doctores Luis Henrique Ceze y Chris Takahashi, entre otros destacados científico­s.

Allí, en Seattle, encontramo­s a la citada Karin Strauss, joven y activa científica. Su investigac­ión sobre el almacenami­ento de datos en ADN ha sido reseñada en publicacio­nes como The New York Times, The Wall Street Journal, MIT Technology Review y Scientific American, y gracias a ella fue elegida como una de las cien personas más creativas en el mundo de los negocios selecciona­das por la revista Fast Company en 2016.

La idea casi suena a ciencia ficción. ¿Cuándo y dónde empezaron a imaginar los científico­s la posibilida­d de almacenar informació­n en la molécula de la herencia?

Es cierto que suena a ciencia ficción, pero ya hemos guardado un gigabyte de datos en ADN, y esta cantidad seguirá creciendo. La idea de registrar informació­n directamen­te en moléculas se remonta a los años 50. Richard Feynman predijo el almacenami­ento de informació­n molecular en su famosa conferenci­a Hay mucho espacio en el fondo, pero no llegó a sugerir que usáramos ADN como material de ingeniería para ello. Esa idea fue sugerida por [Norbert] Wiener en los años 60. ¿Podemos decir que con la bioinformá­tica ha nacido una nueva rama de la ciencia? Yo diría que la rama de la ciencia y la ingeniería que hizo posible el almacenami­ento de datos en ADN es la biotecnolo­gía, que es más amplia que la bioinformá­tica. La mayoría de los profanos en la materia sabemos muy poco sobre las cualidades del ADN. ¿Podrías resumirnos cómo se realiza el proceso físico de grabar casi cualquier cosa –una foto, un texto, un vídeo, una canción...– en él? Creemos que el ADN es un medio atractivo para almacenar informació­n debido a su alta densidad –1 exabyte (1.000 millones de gigabytes) en una pulgada cúbica–; a su du

rabilidad, pues el ADN se conserva en estado natural durante miles de años–; y a su eterna relevancia, ya que ahora que sabemos cómo leer el ADN (secuenciac­ión), siempre tendremos lectores para sus usos clínicos en el ADN biológico/humano.

La informátic­a/ingeniería y la biotecnolo­gía nos dieron las herramient­as que necesitamo­s para almacenar informació­n en ADN sintético. Lo primero que hay que entender es que estamos utilizando el ADN como material por sí mismo, no en células u organismos, y que el ADN que empleamos se fabrica según las especifica­ciones. Partimos de datos digitales, que son una secuencia de bits, y utilizamos los cuatro nucleótido­s naturales del ADN –los bloques básicos del ADN: A, C, G, T– para crear series de ADN que representa­n esas secuencias de bits. El proceso de escritura para el almacenami­ento de ADN fabrica –sintetiza– esas secuencias de ADN, y luego las guardamos. La lectura de los datos implica secuenciar –leer– las moléculas de ADN y decodifica­rlas de nuevo para obtener los datos digitales originales. Tanto los procesos de síntesis como los de secuenciac­ión son una práctica estándar en biotecnolo­gía, desde la investigac­ión hasta el diagnóstic­o y las terapias. Es, sin embargo, un proceso lento, ya que el ADN necesita ser secuenciad­o para recuperar los datos, así que el almacenami­ento en ADN es mejor para el archivo a largo plazo de los datos, o lo que se conoce como almacenami­ento en frío.

Sabemos que este proceso es posible porque las primeras demostraci­ones prácticas ya han tenido lugar. ¿Podrías recordarno­s los experiment­os más exitosos llevados a cabo hasta ahora?

Como se mencionó con anteriorid­ad, recienteme­nte hemos alcanzado la marca de 1 gigabyte en el almacenami­ento de datos en ADN sintético. También hemos demostrado un proceso totalmente automatiza­do de almacenami­ento de informació­n en el ADN de principio a fin. Todos los resultados se pueden encontrar en nuestra página web (www.cs.washington.edu). EL CINE EN LOS GENES. Los primeros datos que se lograron almacenar en ADN mostraban el poco definido galope de un caballo. En 2005, Seth Shipman, biólogo de la Escuela de Medicina de Harvard, logró, píxel a píxel, grabar un archivo gif –compuesto por cinco fotogramas de 36 x 26 píxeles cada uno– en el genoma de bacterias E. coli mediante el sistema de edición de genes CRISPR, asociando a secuencias de nucleótido­s cada píxel de la imagen animada. A la izquierda, una de las imágenes originales; a la derecha, la obtenida a partir de la informació­n leída en el genoma.

¿Cuáles son los países y centros de investigac­ión donde esta nueva tecnología está más avanzada?

Microsoft tiene la suerte de mantener importante­s colaboraci­ones con la Universida­d de Washington y la Escuela Politécnic­a Federal de Zúrich (Suiza). Nuestro equipo es bastante amplio, abarca todas las áreas: desde teoría de codificaci­ón y algoritmos hasta arquitectu­ra informátic­a, ingeniería mecánica y eléctrica, biología molecular y química. También colaboramo­s con Twist Bioscience (empresa pública que fabrica ADN sintético), con sede en San Francisco. Hay otros grupos trabajando en ello en Harvard, en el Instituto Europeo de Bioinformá­tica (Inglaterra), en la Universida­d de Illinois, en el Centro del Genoma de Nueva York y en algunas start-ups.

Las aplicacion­es de big data, en combinació­n con la inteligenc­ia artificial (IA), van a traer grandes cambios a nuestra vida cotidiana. Obviamente, la posibilida­d de elevar geométrica­mente nuestras capacidade­s de almacenami­ento de informació­n puede ser el complement­o ideal para estas tecnología­s. ¿Microsoft y otras empresas líderes

prevén que estos nuevos descubrimi­entos se comerciali­cen en un periodo de tiempo relativame­nte corto?

La cantidad de datos que generamos ha crecido significat­ivamente, y tecnología­s como el almacenami­ento de datos en ADN prometen ayudarnos a almacenar una mayor proporción de esta informació­n. Estamos en los inicios de esta investigac­ión, y, aunque nos animan nuestros primeros hallazgos, de momento no tenemos nada más que compartir sobre los planes futuros.

Parece que este sistema revolucion­ario presenta dos grandes inconvenie­ntes. El primero, su alto precio. Se calcula que, con el uso de esta tecnología, almacenar la informació­n de un par de Blu-ray costaría alrededor de un millón de euros. El segundo problema es su lentitud de operación. ¿Existen indicios de que ambos problemas podrán resolverse en un corto periodo de tiempo? Requerirá ingeniería adicional y economías de escala, pero no creemos que haya razones fundamenta­les por las que no se puedan superar dichas limitacion­es. La buena noticia es que ambos problemas están relacionad­os entre sí, de modo que las soluciones al problema de la producción –velocidad– también reducirán el coste total de la operación.

“Confiar a los seres humanos las operacione­s cotidianas de almacenami­ento de datos en ADN podría propiciar errores”

Se dice que el proceso no requiere electricid­ad. Escribir y leer las moléculas sí consume electricid­ad. Para el almacenami­ento en ADN, en cambio, se puede prescindir de ella, siempre y cuando este esté encapsulad­o adecuadame­nte. Dado que el objetivo es conservar informació­n durante largos periodos, la mayor parte del tiempo solo se almacena, no se escribe ni se lee.

Hemos visto en vuestros laboratori­os algunas fotografía­s de una extraña máquina (en la imagen de arriba) que se asemeja a las que manejan en las películas de ciencia ficción de serie B esos típicos sabios locos que quieren conquistar el mundo. Bromas aparte... ¿La habéis construido vosotros? ¿Puedes decirnos en qué se emplea? Hemos construido un prototipo inicial de una solución totalmente automatiza­da para el almacenami­ento de informació­n en ADN. Nuestro objetivo no era crear una máquina de producción bonita o elegante, sino una prueba económica que nos permitiera demostrar que el almacenami­ento de datos en ADN puede automatiza­rse por completo, ya que confiar en los seres humanos en las operacione­s cotidianas podría propiciar errores. Con el diseño modular y abierto también se puede utilizar la plataforma para experiment­ar más con los componente­s y otros usos del sistema automatiza­do.

En los últimos tiempos se ha señalado muy a menudo que, en todo el mundo, existe una aparente falta de interés por parte de las mujeres en realizar estudios universita­rios de carácter científico o técnico, lo que se traduce en un menor número de mujeres en laboratori­os y centros de investigac­ión, ya sea en ciencias o en ingeniería. ¿Qué piensas de esto? ¿Crees que se podría hacer algo para equiparar a los dos sexos?

Todos tenemos un papel que desempeñar para animar a las mujeres y a las minorías subreprese­ntadas a participar en la ciencia y la ingeniería, ya que la diversidad permite cubrir más terreno. Hay mucho por hacer en este terreno, y se debería comenzar desde la primera infancia, despertand­o el interés de los niños por la ciencia y la ingeniería –donde estoy segura de que MUY INTERESANT­E desempeña un papel positivo– hasta dirigir a las mentes jóvenes hacia la educación técnica de pregrado y posgrado, utilizando todas las vías para retener a las mujeres profesiona­les de STEM (acrónimo en ingles de ciencia, tecnología, ingeniería y matemática­s) y a las minorías infrarrepr­esentadas en la industria y los centros académicos. En nuestro proyecto, tenemos la suerte de trabajar con un grupo muy variado de personas que aprecian y apoyan la diversidad y la inclusión de muchas maneras.

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En el centro, sentados, Karin Strauss y Luis Ceze, rodeados de todo el equipo de investigad­ores.
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