Los pergaminos de miles de años de antigüedad nos ofrecen una visión de culturas olvidadas desde hace mucho tiempo y del conocimiento de nuestros antepasados. En esta era digital, en cambio, gran parte de nuestro conocimiento se encuentra en servidores y discos duros. Será un desafío que estos datos sobrevivan 50 años, y mucho más aún miles de años. Por eso, los investigadores buscan nuevas formas de almacenar grandes volúmenes de datos a largo plazo. Se presta especial atención a un medio de almacenamiento presente en la naturaleza: el material genético ADN.
El ADN es adecuado para esta tarea, ya que puede almacenar grandes cantidades de información de forma compacta. Por desgracia, no siempre es posible recuperar los datos sin errores: durante la degradación química y la secuenciación del ADN surgen lagunas y datos incorrectos en la información codificada. Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Robert Grass, profesor del Departamento de Química y Biociencias Aplicadas de ETH Zurich, ha revelado cómo puede lograrse el almacenamiento de información a largo plazo y sin errores, potencialmente durante más de un millón de años. Primero, encapsulan en sílice (vidrio) los segmentos de ADN que contienen información y, segundo, utilizan un algoritmo para corregir errores en los datos.
El «fósil sintético» forma una capa protectora
Hace dos años, los investigadores demostraron que era posible guardar y volver a leer datos en forma de ADN. En ese caso, el intervalo entre la «escritura» de la información —la síntesis de la secuencia codificante correspondiente del ADN— y la lectura, o secuenciación, de los datos fue muy breve. Pero incluso un período breve plantea un problema en cuanto al margen de error, pues se producen errores al escribir y leer el ADN. A más largo plazo, el ADN puede cambiar considerablemente al reaccionar químicamente con el entorno, lo que supone un obstáculo para su almacenamiento prolongado. Sin embargo, es posible aislar y analizar material genético de huesos fosilizados de varios cientos de miles de años, porque ha estado encapsulado y protegido. «Al igual que esos huesos, queríamos proteger el ADN que contiene información con una cubierta de “fósil” sintético», explica Grass.
Para ello, su equipo encapsuló el ADN en esferas de sílice de unos 150 nanómetros de diámetro. Los investigadores codificaron en el ADN la Carta Federal de Suiza de 1291 y Los métodos de los teoremas mecánicos de Arquímedes. Para simular la degradación del ADN con información a lo largo de un período prolongado, los investigadores lo almacenaron a una temperatura de entre 60 y 70 grados Celsius durante un máximo de un mes. Estas temperaturas tan elevadas reproducen en unas pocas semanas la degradación química que tiene lugar a lo largo de cientos de años. De este modo, los investigadores pudieron comparar el almacenamiento de ADN en una cubierta de vidrio de sílice con otros métodos de almacenamiento habituales: en papel de filtro impregnado y en un biopolímero. El ADN encapsulado en la cubierta de vidrio resultó ser especialmente resistente. Mediante una solución de fluoruro, pudo separarse fácilmente del vidrio de sílice y leerse la información.
Como la encapsulación en sílice es más o menos comparable a la de los huesos fosilizados, los investigadores pudieron recurrir a información prehistórica sobre la estabilidad a largo plazo del ADN encapsulado y, a partir de ella, calcular una previsión: almacenada a bajas temperaturas, como las del Depósito Mundial de Semillas de Svalbard, que se mantiene a menos 18 grados Celsius, la información codificada en ADN puede sobrevivir más de un millón de años. En cambio, se estima que los datos registrados en microfilm solo pueden conservarse durante 500 años.
Recuperación de datos perdidos
Sin embargo, no basta con almacenar la información durante largos períodos sin que sufra daños sustanciales; también debe ser posible leer los datos sin errores. Gracias a importantes avances tecnológicos en la secuenciación del ADN, la lectura de los datos almacenados es asequible y será aún más económica en el futuro. Sin embargo, estas tecnologías no están libres de errores.
Para responder a este problema, Reinhard Heckel, del Laboratorio de Tecnología de las Comunicaciones de ETH Zurich, desarrolló un método para corregir estos errores basado en los códigos Reed-Solomon, similares a los que se utilizan para transmitir datos a largas distancias; por ejemplo, en las comunicaciones por radio con naves espaciales. La clave es añadir información a los datos propiamente dichos, explica Heckel. «Para definir una parábola, básicamente solo se necesitan tres puntos. Añadimos otros dos por si uno se pierde o se desplaza». Los datos codificados en ADN son ciertamente más complejos, pero, en principio, la «copia de seguridad» de seguridad cifrada en ADN de los investigadores funciona de la misma manera. Incluso almacenada en condiciones adversas, la información guardada para la prueba —la Carta Federal de Suiza y el texto de Arquímedes— pudo recuperarse sin errores.
¿Qué tipo de información guardaría Grass durante millones de años? Los documentos del Programa Memoria del Mundo de la Unesco, dice. Y también Wikipedia: «Muchas entradas se describen en detalle y otras, menos. Probablemente esto ofrece una buena visión general de lo que sabe nuestra sociedad, lo que le ocupa y en qué medida».
Referencia bibliográfica
Grass RN, Heckel R, Puddu M, Paunescu D, Stark WJ: Preservación química robusta de información digital en ADN en sílice con códigos de corrección de errores. Angewandte Chemie International Edition,54, 8, 2552,-2555, DOI: 10.1002/anie.201411378.
Este artículo se publica en colaboración con ETH Zurich. La publicación no implica el respaldo del Foro Económico Mundial a las opiniones expresadas.
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Autor: La Dra. Angelika Jacobs es editora científica de ETH news y del «future blog».
Imagen: El profesor británico Graham Jones muestra una parte de un modelo de la estructura del ADN de 2,5 metros de largo en el centro de Sofía. REUTERS/Stoyan Nenov
