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Científicos ‘programan’ bacterias vivas para almacenar datos | Ciencia | AAAS

Escherichia coli las bacterias pueden convertir pulsos eléctricos en fragmentos de ADN almacenados en su genoma.

Por Robert F. Service

Los discos duros y las unidades ópticas almacenan gigabits de datos digitales con solo presionar un botón. Pero esas tecnologías, como las cintas magnéticas y las unidades de disquete anteriores a ellas, pueden volverse anticuadas e ilegibles cuando son superadas por nuevas tecnologías. Ahora, los investigadores han encontrado una forma de escribir datos electrónicamente en el ADN de bacterias vivas, una opción de almacenamiento que es poco probable que se vuelva obsoleta en el corto plazo.

“Este es un paso realmente agradable” que algún día podría estimular el desarrollo comercial, dice Seth Shipman, un bioingeniero de los Institutos Gladstone y la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el nuevo trabajo. Sin embargo, señala que las aplicaciones del mundo real están muy lejos.

El ADN es atractivo para el almacenamiento de datos por varias razones. Primero, es más de 1000 veces más denso que los discos duros más compactos, lo que le permite almacenar el equivalente a 10 películas digitales de larga duración en el volumen de un grano de sal. Y debido a que el ADN es fundamental para la biología, se espera que las tecnologías para leerlo y escribirlo sean más baratas y más poderosas con el tiempo.

El almacenamiento de datos en el ADN no es una idea nueva. Para hacerlo, los investigadores suelen convertir la cadena de unos y ceros digitales de un archivo de datos en combinaciones de las cuatro bases de la molécula: adenina, guanina, citosina y timina. Luego usan un sintetizador de ADN para escribir ese código en el ADN. Pero la precisión de la síntesis de ADN disminuye cuanto más se alarga el código, por lo que los investigadores suelen dividir su archivo en trozos y escribirlos en fragmentos de ADN de entre 200 y 300 bases de longitud. A cada fragmento se le asigna un índice para identificar su ubicación en el archivo, y los secuenciadores de ADN luego leen los fragmentos para volver a ensamblar el archivo. Pero la tecnología es cara y cuesta hasta $ 3500 para sintetizar 1 megabit de información. Y los viales de ADN en los que se almacena la información pueden degradarse con el tiempo.

Para crear un medio duradero y más fácil de codificar, los investigadores ahora están trabajando para escribir datos en el ADN de los organismos vivos, que copian y transmiten sus genes a la siguiente generación. En 2017, un equipo dirigido por Harris Wang, biólogo de sistemas de la Universidad de Columbia, utilizó el sistema de edición de genes CRISPR para reconocer una señal biológica, como la presencia del azúcar fructosa. Cuando los investigadores agregaron fructosa a Escherichia coli células, la expresión génica aumentó en trozos de ADN en forma de anillo llamados plásmidos.

A continuación, los componentes CRISPR, que evolucionaron para defender a las bacterias de los invasores virales, cortaron el plásmido que sobreexpresaba en pedazos y colocaron parte de él en una sección específica del ADN de la bacteria que “recuerda” a los invasores virales anteriores. El bit genético insertado representaba uno digital. Si la señal de fructosa estaba ausente, las bacterias almacenaban en su lugar un fragmento aleatorio de ADN, lo que representa un cero digital. Secuenciando el E. coli El ADN luego reveló si la bacteria estaba expuesta a la fructosa, a través de un uno o un cero.

Pero debido a que esta configuración solo podía almacenar un par de bits de datos, Wang y sus colegas reemplazaron el sistema de reconocimiento de fructosa por uno que podría codificar cadenas de información más largas: una entrada electrónica. Insertaron una serie de genes en E. coli que permitió a las células aumentar la expresión del plásmido en respuesta a un voltaje eléctrico. Al igual que con la configuración de fructosa, un aumento en la expresión hizo que la digital se almacenara en el ADN de la bacteria. Para leer los unos y los ceros, los investigadores simplemente secuenciaron las bacterias.

Con este enfoque, Wang y sus colegas codificaron eléctricamente hasta 72 bits de datos para escribir el mensaje “¡Hola mundo!” informan hoy en Biología química de la naturaleza. También demostraron que podían agregar E. coli con su mensaje a una mezcla de microbios normales del suelo, y luego secuenciar la mezcla para recuperar su mensaje almacenado.

Wang dice que aún es pronto para el almacenamiento de datos en organismos vivos. “No vamos a competir con los sistemas de almacenamiento de memoria actuales”, dice. Los investigadores también deberán encontrar formas de evitar que sus mensajes se degraden a medida que las bacterias mutan a medida que se replican. Pero al menos por ahora, puede darle a James Bond una nueva herramienta para ocultar mensajes a plena vista.

Este contenido se publicó originalmente aquí.