Científicos pueden hacer posible que se guarde la información digital que poseemos en ADN sintético.
Todos los que tenemos estanterías repletas de libros, gavetas llenas de memorias externas, DVD, discos duros y cajas donde no cabe una fotografía más entendemos bien el problema: almacenar información a largo plazo es un dolor de cabeza cada vez más desafiante, por no decir caro.
No importa si se trata de las fotos del paseo a la playa, la tesis de doctorado o los trillones de datos que arroja una investigación científica, la cuestión se pone cada vez peor. En este momento hay en el planeta Tierra alrededor de 10 billones de gigabytes de datos digitales, y todos los días, los humanos producimos correos electrónicos, fotos, tuits y otros archivos que suman otros 2,5 millones de gigabytes.
Gran parte de estos datos se almacenan en enormes instalaciones conocidas como centros de datos de exabytes (un exabyte equivale a mil millones de giga-bytes), que pueden tener el tamaño de varias cuadras, y su construcción y mantenimiento cuestan alrededor de mil millones de dólares.
El gran dilema
Ante semejante crecimiento exponencial, ¿qué nos depara el futuro del almacenamiento digital? Las civilizaciones del mañana, humanas y extraterrestres, seguro agradecerían que fuéramos capaces de llevar las anotaciones de nuestra existencia de forma organizada.
Varios físicos ya están intentándolo. Algunos de ellos, en la Universidad de Harvard, se inspiraron en los trozos de cristal de la fortaleza de Supermán, donde el héroe guarda los recuerdos de su planeta destrozado, en hermosos trozos de vidrio.
En 1996, en un estudio de The Optical Society llamado ‘Almacenamiento óptico tridimensional dentro de materiales transparentes’, demostraron que debería ser posible escribir datos en un material durable como el cristal. Después de todo, el cristal es resistente al calor, a los productos químicos y al estrés mecánico, y puede fabricarse a prueba de balas.
Según los investigadores, escribir información en un pedazo de cristal es un proceso sencillo que consiste en apuntarle un láser intenso para crear un pequeño defecto con un índice refractivo diferente del vidrio que lo rodea.
Uno podría leer la información exponiendo el material a la luz, y examinando el patrón de los puntos que rebotan de los defectos. La idea requiere láseres meticulosamente enfocados, una tecnología en la que trabaja la empresa japonesa Hitachi.
Por su parte, el físico Peter Kazansky, de la Universidad de Southampton, demostró que es posible guardar información dentro de un cristal de cuarzo en lo que él llama cinco “dimensiones”. En el volumen 11 del Physical Review Letters describe que su idea es usar no solo las tres dimensiones espaciales del cuarzo, sino aprovechar los efectos que se dan al variar la intensidad y la polarización del láser.
El resultado, escribe Kazansky, es una densidad de almacenamiento ocho veces mayor que la del método de Hitachi. Un trozo del tamaño de una uña, dice, podría contener varios teras de datos, aguantar 1.000 °C, sobrevivir un desastre nuclear y persistir hasta 10.000 millones de años.
El concepto innovador ha sido demostrado varias veces por investigadores de Southampton en los últimos años, incluyendo el lanzamiento de una Biblioteca Solar digitalizada que viajó al espacio en 2018 en el cohete SpaceX, de Elon Musk.
De los ceros y unos al ADN
Pero si imitar a Supermán es creativo, más exótico aún es el tema de guardar información digital en trozos de ADN sintético.
En efecto, muchos científicos que deambulan en la intersección entre la biología molecular y las ciencias de la computación piensan que una solución del problema del almacenamiento a largo plazo radica en la molécula que contiene nuestra información genética, el ADN, que evolucionó para acumular cantidades masivas de información a muy alta densidad.
“Una taza de café llena de ADN teóricamente podría almacenar todos los datos del mundo”, dice Mark Bathe, profesor de ingeniería biológica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). “El ADN es mil veces más denso que, incluso, la memoria flash, y otra propiedad que es interesante es que una vez que se produce el polímero de ADN, no necesita energía. Puedes escribir el ADN y luego almacenarlo para siempre”.
Tradicionalmente, los sistemas de almacenamiento digital codifican texto, fotos o cualquier otro tipo de información como una serie de ceros y unos. Esta misma información se puede codificar en el ADN usando los cuatro nucleótidos que componen el código genético: A, T, G y C. Por ejemplo, G y C podrían usarse para representar 0, mientras que A y T representan 1, explica el experto.
Una taza de café llena de ADN teóricamente podría almacenar todos los datos del mundo
El ADN tiene otras varias características que lo hacen deseable como medio de almacenamiento: es extremadamente estable y es bastante fácil de sintetizar y secuenciar. Además, debido a su alta densidad (cada nucleótido equivalente a hasta dos bits y tiene aproximadamente 1 nanómetro cúbico), un exabyte de datos almacenados como ADN podría caber en la palma de su mano.
Más allá de eso, el ADN requiere prácticamente cero mantenimiento una vez que se guarda. Después de todo, los fósiles conservan las secuencias de ADN después de pasar millones de años bajo tierra.
El mantenimiento de esta molécula solo requiere un lugar fresco y oscuro, hasta que alguien decida acceder a él millones de años más tarde. Pero la mayor ventaja, dicen los investigadores, es que nuestra capacidad para leer y escribir ADN nunca se volverá obsoleta porque es la sustancia de la que estamos hechos y siempre tendremos interés en ella.
No obstante, un obstáculo para este tipo de almacenamiento de datos es el costo de fabricar cantidades tan grandes de ADN sintético. Actualmente costaría $ 1 billón escribir un petabyte de datos (1 millón de gigabytes). Para volverse competitivo con la cinta magnética, que a menudo se utiliza para almacenar datos de archivo, Bathe estima que el costo de la síntesis de ADN debería reducirse en aproximadamente seis órdenes de magnitud.
El investigador anticipa que eso sucederá dentro de una década o dos, similar a cómo el costo de almacenar información en unidades flash se ha reducido drásticamente en las últimas dos décadas.
La historia de esta insólita tecnología demuestra que esas proyecciones tienen sentido. Al comienzo, la cosa fue más o menos un juego: el primero en incursionar en ello fue un equipo de Harvard que logró en 1988 meter la rudimentaria imagen de una obra de arte dentro de un trozo de ADN de la bacteria Escherichia coli.
Luego, en 2013, los investigadores del Instituto Europeo de Bioinformática, en el Reino Unido, se las ingeniaron para guardar algunos sonetos de Shakespeare y el discurso ‘He tenido un sueño’, de Martin Luther King, en unas cuantas hebras de ADN. En 2016, una empresa de Boston llamada Catalog hizo algo parecido con un poema de Robert Frost.
Ese mismo año, un equipo de investigadores de Microsoft y la Universidad de Washington encajó 200 megabytes de datos en trozos de ADN, incluyendo la obra completa de La guerra y la paz. Para marzo de 2019, los mismos expertos se habían inventado el primer sistema automatizado para almacenar y recuperar datos en el material genético fabricado.
Hoy en día, otras importantes empresas de tecnología también están trabajando en el tema, incluidas IBM y Google. Hasta la ultrasecreta Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Estados Unidos (Darpa) también está involucrada en el trabajo.
Estos investigadores visualizan un futuro en el que algunos de los datos más valiosos, pero a los que rara vez se accede, se puedan almacenar en viales de ADN que solo se extraerán de su oculto reposo según sea necesario.
En nuestro afán por guardar la información para la eternidad, hemos pasado de las pinturas rupestres y los frescos egipcios a las tarjetas perforadas y las cintas magnéticas. Al igual que los antiguos faraones, nos obsesionamos, con razón, por no ser olvidados.
Quizás el ADN y el cuarzo nos hagan tan longevos como nuestros cuerpos nunca podrán serlo. Y quizás ellos hagan llegar nuestros tesoros científicos, literarios y artísticos a esas civilizaciones del futuro, dentro y fuera de la Tierra.