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– El material genético como método de almacenamiento estable permite almacenar grandes cantidades de datos en ADN sintético.
Minapim de Hernan Valenzuela: El almacenamiento en datos de la serie de televisión Biohackers recientemente lanzada, en forma de ADN sintético fue posible gracias a la investigación del Prof. Reinhard Heckel de la Universidad Técnica de Munich – TUM y su colega el Prof. Robert Grass de ETH Zürich. Desarrollaron un método que permite el almacenamiento estable de grandes cantidades de datos de ADN durante más de 1000 años.
El almacenamiento se realizó utilizando ADN generado artificialmente, es decir, sintético. El ADN consta de cuatro bloques de construcción: los nucleótidos adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C).
Los datos de la computadora, a su vez, se codifican como ceros y unos. El primer episodio de Biohackers consta de una secuencia de unos 600 millones de ceros y unos. Para codificar la secuencia 01 01 11 00 en el ADN, por ejemplo, decidimos qué combinaciones de números corresponderán a qué letras. Por ejemplo: 00 es A, 01 es C, 10 es G y 11 es T. En el ejemplo, genera la secuencia de ADN CCTA. Utilizando este principio de almacenamiento de datos de ADN, se almacenó el primer episodio de la serie de ADN.
Para ver la serie el proceso se invierte, al escribir, almacenar y leer ADN, sin embargo, se producen errores. Si estos errores no se corrigen, los datos almacenados en el ADN se perderán.
Para solucionar el problema, se desarrolló un algoritmo basado en la codificación del canal. Este método implica corregir errores que ocurren durante la transferencia de información. La idea subyacente es agregar redundancia a los datos.
En comparación con el lenguaje: cuando leemos o escuchamos una palabra en la que faltan letras o son incorrectas, el poder de cálculo de nuestro cerebro aún es capaz de entender la palabra.
El algoritmo sigue el mismo principio: codifica los datos con suficiente redundancia para garantizar que incluso los datos muy inexactos se puedan restaurar más tarde.
Aunque la codificación de canales se usa ampliamente, el equipo enfrentó algunos desafíos; el primer desafío fue crear un algoritmo dirigido específicamente a los errores que ocurren en el ADN.
El segundo fue hacer que el algoritmo fuera tan eficiente que la mayor cantidad posible de datos pudiera almacenarse en la menor cantidad posible de ADN, de modo que solo se agregara la cantidad absolutamente necesaria de redundancia. Se demostró que el algoritmo que se utilizó fue optimizado en este sentido.
El metodo de almacenamiento
Hoy en día, el almacenamiento de datos de ADN es muy caro debido a la complejidad de la producción de ADN y el proceso de lectura.
Este método resulta atractivo, ya que el ADN tiene una densidad de información muy alta. Esto permite el almacenamiento de grandes volúmenes de datos en un espacio mínimo.
En el caso de la serie de televisión, “sólo” 100 megabytes se almacenaron en un picogramo, o una mil millonésima parte de un gramo de ADN. Teóricamente, sin embargo, sería posible almacenar hasta 200 exabytes en un gramo de ADN.
El ADN dura mucho tiempo, a modo de comparación: si nunca encendemos una computadora o escribimos datos en el disco duro que contiene, los datos desaparecerán después de unos años. Por el contrario, el ADN puede permanecer estable durante muchos miles de años si se empaqueta correctamente.
El método desarrollado también hace que las cadenas de ADN sean duraderas y prácticamente indestructibles. Robert Grass fue el primero en desarrollar un proceso de “empaquetado estable” de hebras de ADN, encapsulándolas en esferas a escala nanométrica hechas de vidrio de sílice.
Esto asegura que el ADN esté protegido de influencias mecánicas. En un artículo conjunto en 2015, los científicos presentaron el primer concepto sólido de almacenamiento de datos de ADN con su propio algoritmo y el proceso de encapsulación desarrollado por el Prof. Césped.
Desde entonces, los científicos han mejorado continuamente el método. En un trabajo reciente en Nature Protocols en enero de 2020, se publicaron las últimas experiencias.
Ahora el equipo está trabajando en una forma de hacer que el almacenamiento de datos de ADN sea más rápido y barato. “Biohackers” fue un hito en el camino hacia la comercialización. Pero aún hay un largo camino por recorrer.
Si esta tecnología tiene éxito, son posibles grandes cosas. Bibliotecas enteras, todas las películas, fotos, música y conocimientos de todo tipo, siempre que puedan representarse en forma de datos, podrían almacenarse en el ADN y, por lo tanto, estarían disponibles para la humanidad por toda la eternidad.
Publicaciones: Linda C. Meiser, Philipp L. Antkowiak, Julian Koch, Weide D. Chen, A. Xavier Kohll, Wendelin J. Stark, Reinhard Heckel, Robert N. Grass: “Lectura y escritura de datos digitales en el ADN”. Publicado en Nature Protocols en enero de 2020. DOI: 10.1038 / s41596-019-0244-5
Contacts to this article:
Prof. Dr. Reinhard Heckel
Technical University of Munich
Professor of Machine Learning
Tel: +49 89 289 28527
reinhard.heckel@tum.de
www.tum.de
Fuente: Universidad Técnica de Munich TUM
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