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lunes, mayo 27, 2024

Almacenamiento de archivos de ADN al alcance gracias a una nueva técnica de PCR


El almacenamiento de datos en el ADN suena a ciencia ficción, pero se encuentra en un futuro cercano. El profesor Tom de Greef espera que el primer centro de datos de ADN esté en funcionamiento dentro de cinco a diez años. Los datos no se almacenarán como ceros y unos en un disco duro sino en los pares de bases que forman el ADN: AT y CG. Tal centro de datos tomaría la forma de un laboratorio, muchas veces más pequeño que los actuales. De Greef ya puede imaginárselo todo. En una parte del edificio, se codificarán nuevos archivos mediante síntesis de ADN. Otra parte contendrá grandes campos de cápsulas, cada cápsula empaquetada con un archivo. Un brazo robótico extraerá una cápsula, leerá su contenido y la volverá a colocar.

Estamos hablando de ADN sintético. En el laboratorio, las bases se unen en un cierto orden para formar hebras de ADN producidas sintéticamente. Los archivos y las fotos que actualmente se almacenan en los centros de datos se pueden almacenar en el ADN. Por ahora, la técnica es adecuada solo para el almacenamiento de archivos. Esto se debe a que la lectura de los datos almacenados es muy costosa, por lo que desea consultar los archivos de ADN lo menos posible.

Los grandes centros de datos que consumen mucha energía quedan obsoletos

El almacenamiento de datos en el ADN ofrece muchas ventajas. Un archivo de ADN se puede almacenar de forma mucho más compacta, por ejemplo, y la vida útil de los datos también es mucho más larga. Pero quizás lo más importante es que esta nueva tecnología vuelve obsoletos los grandes centros de datos que consumen mucha energía. Y esto se necesita desesperadamente, advierte De Greef, «porque en tres años generaremos tantos datos en todo el mundo que no podremos almacenar la mitad».

Junto con el estudiante de doctorado Bas Bögels, Microsoft y un grupo de socios universitarios, De Greef ha desarrollado una nueva técnica para hacer escalable la innovación del almacenamiento de datos con ADN sintético. Los resultados se han publicado hoy en la revista Naturaleza Nanotecnología. De Greef trabaja en el Departamento de Ingeniería Biomédica y el Instituto de Sistemas Moleculares Complejos (ICMS) en TU Eindhoven y se desempeña como profesor invitado en la Universidad de Radboud.

Escalable

La idea de usar hebras de ADN para el almacenamiento de datos surgió en la década de 1980, pero en ese momento era demasiado difícil y costosa. Se hizo técnicamente posible tres décadas después, cuando la síntesis de ADN comenzó a despegar. George Church, genetista de la Escuela de Medicina de Harvard, elaboró ​​la idea en 2011. Desde entonces, la síntesis y la lectura de datos se han vuelto exponencialmente más baratas, y finalmente llevaron la tecnología al mercado.

En los últimos años, De Greef y su grupo se han centrado principalmente en leer los datos almacenados. Por el momento, este es el mayor problema al que se enfrenta esta nueva técnica. El método de PCR que se usa actualmente para esto, llamado «acceso aleatorio», es muy propenso a errores. Por lo tanto, solo puede leer un archivo a la vez y, además, la calidad de los datos se deteriora demasiado cada vez que lee un archivo. No es exactamente escalable.

Así es como funciona: la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) crea millones de copias de la pieza de ADN que necesita al agregar un cebador con el código de ADN deseado. Las pruebas de corona en el laboratorio, por ejemplo, se basan en esto: incluso una cantidad minúscula de material de coronavirus de su nariz es detectable cuando se copia tantas veces. Pero si desea leer varios archivos simultáneamente, necesita varios pares de cebadores haciendo su trabajo al mismo tiempo. Esto crea muchos errores en el proceso de copia.

Cada cápsula contiene un archivo

Aquí es donde entran en juego las cápsulas. El grupo de De Greef desarrolló una microcápsula de proteínas y un polímero y luego ancló una lima por cápsula. De Greef: «Estas cápsulas tienen propiedades térmicas que podemos usar para nuestro beneficio». Por encima de los 50 grados centígrados, las cápsulas se sellan solas, lo que permite que el proceso de PCR se lleve a cabo por separado en cada cápsula. Entonces no hay mucho margen para el error. De Greef llama a esto «PCR termoconfinada». En el laboratorio, hasta ahora ha logrado leer 25 archivos simultáneamente sin errores significativos.

Si luego vuelves a bajar la temperatura, las copias se desprenden de la cápsula y el original anclado permanece, por lo que la calidad de tu archivo original no se deteriora. De Greef: «Actualmente tenemos una pérdida del 0,3 por ciento después de tres lecturas, en comparación con el 35 por ciento con el método existente».

Buscable con fluorescencia

Y eso no es todo. De Greef también ha hecho que la biblioteca de datos sea aún más fácil de buscar. Cada archivo tiene una etiqueta fluorescente y cada cápsula su propio color. Luego, un dispositivo puede reconocer los colores y separarlos entre sí. Esto nos lleva de vuelta al brazo robótico imaginario al comienzo de esta historia, que seleccionará cuidadosamente el archivo deseado del grupo de cápsulas en el futuro.

Esto resuelve el problema de leer los datos. De Greef: «Ahora solo es cuestión de esperar hasta que los costos de la síntesis de ADN caigan aún más. La técnica estará entonces lista para su aplicación». Como resultado, espera que los Países Bajos pronto puedan abrir su centro de datos de ADN inaugural, una primicia mundial.



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