DNA Chips: La solución de almacenamiento de mil millones de gigabytes del mañana.

Los investigadores se han centrado en el potencial del ADN como medio de almacenamiento de datos debido a su capacidad para almacenar grandes cantidades de información en un espacio minúsculo.

La naturaleza muestra en forma de ADN cómo se pueden almacenar datos a largo plazo y ahorrando espacio. La cátedra de bioinformática de Würzburg desarrolla chips de ADN para la tecnología informática.

La molécula hereditaria del ADN es conocida por su capacidad de almacenar grandes cantidades de información durante largos períodos de tiempo en un espacio increíblemente pequeño. Por eso, desde hace diez años los científicos persiguen el objetivo de desarrollar chips de ADN para la tecnología informática, especialmente para el archivado de datos a largo plazo. Estos chips serían superiores a los chips convencionales basados en silicio en términos de densidad de almacenamiento, longevidad y sostenibilidad.

En una cadena de ADN se encuentran cuatro componentes básicos recurrentes. Se puede utilizar una secuencia específica de estos bloques para codificar información, tal como lo hace la naturaleza. Para construir un chip de ADN, es necesario sintetizar y estabilizar el ADN codificado correspondientemente. Si esto funciona bien, la información se conserva durante mucho tiempo: los investigadores suponen varios miles de años. La información se puede recuperar leyendo y decodificando automáticamente la secuencia de los cuatro componentes básicos.

La información se puede almacenar en forma de ADN en chips hechos de nanocelulosa semiconductora. Las proteínas controladas por luz leen la información. Crédito: Cátedra de Bioinformática / Universidad de Würzburg

"En los últimos años se ha demostrado varias veces que es factible almacenar datos de ADN digital con gran capacidad y una larga vida útil", afirma el profesor Thomas Dandekar, director de la Cátedra de Bioinformática de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg. “Pero los costes de almacenamiento son elevados, cerca de 400.000 dólares por megabyte, y la información almacenada en el ADN sólo puede recuperarse lentamente. Lleva de horas a días, dependiendo de la cantidad de datos”.

Estos desafíos deben superarse para que el almacenamiento de datos de ADN sea más aplicable y comercializable. Las herramientas adecuadas para ello son las enzimas controladas por luz y el software de diseño de redes de proteínas. Thomas Dandekar y los miembros de su equipo presidente, Aman Akash y Elena Bencurova, analizan esto en una revisión reciente en la revista Trends in Biotechnology.

El equipo de Dandekar está convencido de que el ADN tiene futuro como almacén de datos. En la revista, los investigadores de JMU muestran cómo una combinación de biología molecular, nanotecnología, nuevos polímeros, electrónica y automatización, junto con el desarrollo sistemático, podría hacer posible en unos pocos años el almacenamiento de datos de ADN útiles para el uso diario.

En el Biocentro JMU, el equipo de Dandekar está desarrollando chips de ADN hechos de nanocelulosa semiconductora producida por bacterias. "Con nuestra prueba de concepto podemos demostrar cómo la electrónica y la tecnología informática actuales pueden sustituirse parcialmente por componentes biológicos moleculares", afirma el profesor. De esta manera se podría lograr sostenibilidad, total reciclabilidad y una alta robustez incluso frente a pulsos electromagnéticos o cortes de energía, pero también una alta densidad de almacenamiento de hasta mil millones de gigabytes por gramo de ADN.

Thomas Dandekar considera muy relevante el desarrollo de chips de ADN: “Sólo sobreviviremos como civilización a largo plazo si damos el salto a este nuevo tipo de tecnología informática sostenible que combina la biología molecular con la electrónica y la nueva tecnología de polímeros”.

Lo importante para la humanidad, afirmó, es avanzar hacia una economía circular en armonía con los límites planetarios y el medio ambiente. “Necesitamos lograrlo en 20 o 30 años. La tecnología de chips es un ejemplo importante de esto, pero las tecnologías sostenibles para producir chips sin desechos electrónicos ni contaminación ambiental aún no están maduras. Nuestro concepto de chip de nanocelulosa contribuye de forma valiosa a ello. En el nuevo artículo, examinamos críticamente nuestro concepto y lo avanzamos aún más con las innovaciones actuales de la investigación”.

El equipo de Dandekar está trabajando actualmente para combinar aún mejor los chips de ADN hechos de nanocelulosa semiconductora con las enzimas de diseño que han desarrollado. También es necesario mejorar aún más las enzimas.

"De esta manera queremos lograr un control cada vez mejor del medio de almacenamiento de ADN y poder almacenar aún más en él, pero también ahorrar costes y así permitir paso a paso su uso práctico como medio de almacenamiento en la vida cotidiana".