El ADN, el nuevo disco rígido
Ante la limitación constante que plantea la tecnología para almacenar datos, el vasto potencial del genoma para guardar información podría sortear esta barrera
F ue una de las primeras películas que se hicieron: una yegua al galope que filmó en 1878 el fotógrafo británico Eadweard Muybridge, quien trataba de descubrir si los caballos en movimiento quedaban totalmente suspendidos en el aire en algún momento.
Más de un siglo después, esa filmación ha vuelto a ser innovadora. Ahora es la primera película que se codifica en el ADN de una célula viviente, de donde puede recuperarse a voluntad y multiplicarse de manera indefinida a medida que la portadora se divide y crece.
Este avance, que investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard dieron a conocer en la revista Nature, es el más reciente y quizás el más asombroso ejemplo del potencial del genoma como un vasto dispositivo de almacenamiento.
Los científicos ya han logrado trasladar todos los sonetos de Shakespeare a ADN. George Church, genetista de Harvard y uno de los autores del nuevo estudio, codificó recientemente su propio libro, Regenesis, en ADN bacteriano e hizo 90.000 millones de copias.
“Un récord de publicación”, destacó en una entrevista.
Con la nueva investigación, él y otros científicos han comenzado a preguntarse si algún día será posible hacer algo aún más extraño: programar bacterias para que se adhieran a las células del cuerpo humano y registren lo que están haciendo; en esencia, para que hagan una “película” de la vida de cada célula.
Cuando algo salga mal, cuando una persona enferme, los médicos podrán extraer las bacterias y reproducir sus grabaciones. Sería, explicó Church, algo análogo a la caja negra de los aviones, cuyos datos se usan en caso de accidente.
En este momento, esa idea todavía se encuentra “del otro lado del límite entre la realidad y la ciencia ficción”, aseguró Ewan Birney, director del Instituto Europeo de Bioinformática y miembro del grupo que puso los sonetos de Shakespeare en ADN. “Pero almacenar información en ADN ya cruzó el límite mencionado hacia el lado de la realidad.”
Church y Seth Shipman, otro genetista, y sus colegas comenzaron por asignar a cada píxel en la película en blanco y negro un código de ADN según su tono de gris. Las vastas cadenas de ADN en cada célula se componen sólo de cuatro moléculas –adenina, guanina, tiamina y citosina– en configuraciones que varían enormemente.
Los genetistas obtuvieron una secuencia de moléculas de ADN que representan la totalidad de la película. Después usaron una nueva y poderosa técnica de edición de genes, Crispr, para introducir esta secuencia en el genoma de una conocida bacteria intestinal: Escherichia coli.
A pesar de la modificación, la bacteria se desarrolló y se multiplicó. El equipo descubrió que la película almacenada en el genoma se conservó intacta en cada nueva generación de progenie.
Andrew Odlyzko, un profesor de matemáticas experto en tecnología digital de la Universidad de Minnesota, quien no participó en el nuevo estudio, dijo que esto era “fascinante”.
“Imaginen la imposibilidad de controlar secretos cuando esos secretos se codifican en los genomas de las bacterias en nuestros intestinos o piel”, señaló.
El renombrado físico Richard Feynman propuso hace medio siglo que el ADN se podía usar de esta forma para almacenamiento. Eso fue mucho antes de la revolución de la biología molecular y décadas antes de que alguien pudiera hacer una secuencia del ADN, y mucho menos editarlo.
“La biología no es simplemente escribir información: es hacer algo con ella”, afirmó Feynman en una conferencia en 1959.
“¡Consideren la posibilidad de que nosotros también podamos hacer que una cosa pequeñita haga lo que queramos!”
La idea de Feynman “fue una pieza seminal, nos dio dirección”, afirmó Leonard Adleman, matemático de la Universidad del Sur de California y coinventor de uno de los sistemas de criptografía de clave pública más utilizados, el RSA (la A es de Adleman).
En 1994, Adleman reportó que había almacenado datos en ADN y lo había usado como una computadora para resolver un problema matemático. Determinó que el ADN puede almacenar billones de veces más datos que un disco compacto en el mismo espacio.
El almacenamiento de datos es un problema cada vez mayor. No sólo se generan cantidades importantes, sino que además la tecnología utilizada para almacenarlos sigue volviéndose obsoleta, como los discos flexibles. El ADN nunca va a pasar de moda. “Los organismos han venido almacenando información en el ADN desde hace miles de millones de años, y todavía se puede leer”, comentó Adleman. Observó que las bacterias modernas pueden leer genes recuperados de insectos atrapados en ámbar desde hace millones de años.
Para Shipman y Church, el reto inmediato es el cerebro. Contiene 86.000 millones de neuronas y no hay una manera sencilla de saber qué hacen. “En este momento, podemos medir con electrodos una neurona a la vez, pero nuestro cerebro no puede contener 86.000 millones de electrodos”, comentó Church. Sin embargo, las bacterias con genes editados “cabrían muy bien”.
La idea es tener bacterias modificadas para funcionar como dispositivos de grabación que circulen hacia el cerebro a través de la sangre y tomen notas por un rato. Los científicos entonces extraerían las bacterias y examinarían su ADN para ver lo que observaron en las neuronas.
Church y sus colegas ya habían demostrado en una investigación anterior que las bacterias pueden registrar el ADN de las células si el ADN se etiqueta de manera correcta. “La intuición de la gente es tremendamente minúscula en cuanto a qué tan pequeñas son las moléculas de ADN y cuánta información les cabe”, explicó Birney.
Aunque éstas son ideas futuristas, Church comentó que las biotecnologías han estado desarrollándose mucho más rápido de lo que se había previsto. Puso como ejemplo la secuenciación del genoma humano. El primer esfuerzo tomó años y costó 3000 millones de dólares. Los más optimistas predijeron que tal vez en seis décadas cada secuenciación costaría 1000 dólares.
“Resultó que fue en seis años, en lugar de seis décadas”, concluyó Church.
Se aspira a adherir bacterias a las células para que registren lo que están haciendo Las biotecnologías se han desarrollado mucho más rápido de lo previsto