El título suena un poco a ciencia ficción, pero también almacenamiento digital sonaba hará 80 años, con la diferencia de que esto YA es una realidad, aunque esté arrancando. Primero os presentaré a este pequeño amigo de nombre tan curioso (el que se vea ya muy diestro en el tema, puede saltarse estas dos primeras secciones, o en sí aquél que prefiera no empaparse de la preciosa biología molecular). Por último, agradecimientos a mis profesores de biología de mis años del Bachiller que me ayudaron a adorar esta gran ciencia, Ana y Nacho.
El Ácido Desoxirribonucleico (o ADN):
Esta es una de las biomoléculas esenciales con las que cuentan montones de seres vivos (y no vivos, como algunos tipos de virus), y está formado por dos cadenas helicoidales, o polímeros, de nucleótidos (el motivo de que sean dos es para garantizar la herencia sin pérdidas de información).
Estos pequeños elementos a su vez se componen por una mezcla enlazada de un glúcido (desoxirribosa, de ahí el nombre), una base nitrogenada y un grupo fosfato, y es realmente la base nitrogenada la que nos permite estar hablando de un tipo de nucleótido u otro.
De esta forma, solemos referirnos a ellos de forma implícita simplemente nombrando su base nitrogenada, esto es: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G). Además, es precisamente la combinación de estas 4 variaciones la que codifica la información de todo el ADN.
Por último, apunta a algo interesante, y es que el ADN cumple la función de precisamente el almacén de información, el disco duro de los seres vivos, y en el caso del ser humano aparecen agrupados en los tan famosos cromosomas, en el interior del núcleo de las células. Por citar un dato curioso que os haga decir ¡Wow!
Cada célula del cuerpo humano (con la excepción de los glóbulos rojos) contiene una secuencia de ADN de 3.200 millones de letras de longitud, que equivalen a 2 metros de ADN. Un trozo de ADN de tan solo 1 mm de longitud contiene una secuencia de pares de bases de más de 3 millones de letras.
Sergio Parra – Xataka
Con mi experiencia de las clases de Biología de 2º de Bachiller, de las que realmente disfruté (antes de decantarme por industriales, no descarté entrar en biotecnología), os puedo decir que esos 2 metros de ADN aparecen precisamente “enrollados”, en una maraña tal que pueden entrar perfectamente en el núcleo de una sola célula. Es impresionante lo que se ve a estas escalas, es como biología pero evolutiva y sin libros de texto donde aprenderla.
Codificando en ADN
Cualquier estudiante de informática o de cualquier carrera donde curse alguna asignatura de IT o arquitectura de computadores, sabrá que se ha escogido la unidad binaria como forma de lenguaje básico del ordenador, en primer lugar por la facilidad que conlleva solo tener dos palabras y en segundo por la facilidad e integración que los transistores permiten alcanzar, utilizando precisamente tan solo estos dos valores (1,0; verdadero, falso; etc.), siendo realmente referencias de alta/baja tensión o intensidad.
¿A cuento de qué todo esto Manu, si ya lo sabemos? Lo primero para el que no lo supiese o lo tuviese algo olvidado, y lo segundo y más importante porque como los más perspicaces ya habréis podido comprobar, el ADN tiene 4 posibles “letras” (A, T, C y G), permitiendo una variedad mucho más vasta, de la que intentaremos aprovecharnos.
Algo que no os he comentado más que en el primer párrafo, y es interesante para comprender cómo codifica el ADN y así aprovecharnos, es que usa una doble hélice por los siguientes motivos:
Imaginaros que tenemos una cantidad de ropa que le cederemos buenamente a nuestros primos pequeños, y estos a su vez lo harán con los suyos cuando toque (si es que la ropa aguanta tantos años, supongamos que sí). Si yo tengo 20 prendas de ropa y dos primos, les tocará por ejemplo a 10 por cabeza (por ser equitativos con los pequeños). Cuando estos les toque hacer su labor, por ejemplo con los dos primos que tendrán cada uno, al ser de familias ya de sangre bastante diferentes, pues les quedarán a los primos de 2ª generación no más de 5 prendas para cada uno, y así sucesivamente.
Todo esto llevároslo al ADN, si la información que codifica todo en vosotros a través de los genes (el color de ojos, pelo, estatura, etc.), obviando influencias epigenéticas, entonces con cada reproducción de nuestras células, algo que se hace constantemente en la mayoría de ellas, y recientemente se descubrió que incluso en algunas neuronas también, estaríamos diciendo la información a la mitad, perdiéndola sucesivamente.
¿Solución? La doble cadena complementaria. Es decir, ciertas bases de las anteriores citadas aparecen siempre enlazadas con otra, de forma que teniendo una única de las cadenas, cuentas con toda la información necesaria para después poder reconstruir una análoga completamente, sin perder información (quitando mutaciones, y otros errores).
Comprendiendo todo esto, y entendiendo el porqué de la estructura de la doble hélice y cómo se apocopa para caber en un espacio infinitesimal tanta información, vamos a ver como podría aprovecharse.
Almacenamiento en ADN digital
Sabemos por lo que nos cuentan en museos de ciencia, como el gigante que hay en New York y sale en La noche en el museo, que gracias a restos de huesos y de algunos animales congelados como los mamuts, se han podido recuperar células y así ADN’s prácticamente intactos de estos animales prehistóricos (permitiendo teóricamente producirlos genéticamente a escala real, pero eso ya es otro tema).
Lo interesante de esto es lo siguiente
Un disco duro actual de tipo magnético tiene una vida útil que en términos estadísticos, el 20% de las muestras no superaría los 4 años (un SSD de media unos 15 años). En cambio, el ADN del mamut lleva miles de años y su información se ha conservado intacta.
¿Veis por donde van los tiros?
Esto permitiría almacenar no solo cantidades ingentes de información del orden de 550 exabytes (1 exabyte = 1,000,0000 terabytes) y superar la información que almacenan Google y Facebook juntas, sino también hacerlo de una forma duradera, ¡De unos 10,000 años!
Microsoft ya ha sido capaz de almacenar la palabra “Hello” en forma de ADN, como se ve en la Figura 4, con el inconveniente que, ya que no estamos jugando con conductores convencionales y sus amigos dinámicos los electrones, deben emplearse diversos líquidos y un proceso que demora el procesamiento de lectura y escritura, hasta el punto de que este experimento tardó 21 horas en completarse.
El precio de este ordenador superaría los 10,000 dólares además, pero por supuesto es solo un prototipo, en ningún caso parte de una producción en cadena que abarataría los costes fuertemente.
Comentario final y resumen de la tecnología de ADN
Podréis vosotros mismos juzgar lo que hay, pero os lo resumo:
Ventajas:
- Grandísima capacidad de integración, incomparable a la tecnología actual de silicio
- 4 tipos de “letras” para codificar frente a las 2 del digital convencional
- Gran fiabilidad en cuanto a durabilidad
Desventajas:
- Proceso todavía lento debido a las dificultades derivadas de no emplear electrones
- Algo totalmente novedoso y que cuenta con escasa base teórica en la que basarse (nada de ecuaciones de Maxwell ni aproximaciones de Tª de Circuitos), derivado de lo anterior
- Precio todavía muy alto, motivado por la novedad de la tecnología.
Poco más que decir, pero como suelo decir siempre, el transistor apareció como un “juguete” de unos ingenieros atrevidos de los laboratorios Bell y terminaría convirtiéndose en el elemento capaz de revolucionar nuestra sociedad. Es cuestión de confiar en la tecnología y apostar por sus investigaciones porque, si nuestro cuerpo lo sabe utilizar en piloto automático para guardar toda su información, ¿Qué impide que nosotros no seamos capaces de aprender el cómo lo hace?
AUTOR
Manuel Ferreira Lorenzo
Estudiante de Ingeniería en Tecnologías Industriales,
UMA
Bibliografía
- Computer Hoy: Almacenamiento de datos en ADN
- Xataka y vida útil discos duros
- ¿Cuánto más almacenaríamos en ADN que en un disco duro?
- Libro de texto SM de Biología (2º Bachillerato)
Manuel Ferreira Lorenzo
Me gradué en Ingeniería en Tecnologías Industriales por la Universidad de Málaga y la Universidad de Vigo. Ahora estudio Física en King’s College London.
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