¿Podría el ADN ser el próximo gran avance en el almacenamiento de datos? Todos los días se producen cantidades increíbles de datos y nos e...
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| ¿Podría el ADN ser el próximo gran avance en el almacenamiento de datos? |
Todos los días se producen cantidades increíbles de datos y nos estamos quedando sin soluciones de almacenamiento. Por lo tanto, los científicos están buscando en el ADN para almacenar todo el contenido que se genera en Internet
10 mayo 2023.- Dentro de tres años, el mundo se quedará sin centros de datos para almacenar incluso la mitad de los datos totales que habrán producido los usuarios de Internet. Esta impactante afirmación fue hecha por Tom De Greef, profesor de biología sintética en la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e).
Entonces, ¿eso significa que Internet también colapsará para 2026? Bueno, no lo hará si las empresas de tecnología comienzan a usar ADN sintético en lugar de discos duros para almacenar sus datos. Puede que no lo crea, pero según Greef y su equipo, las hebras de ADN pueden almacenar grandes cantidades de datos digitales y, en muchos sentidos, tienen más ventajas que los centros de datos modernos.
En su estudio publicado recientemente, el equipo de TU/e propuso una técnica que promete hacer que el almacenamiento de datos de ADN sea práctico, escalable y altamente eficiente.
El ADN ya es conocido por almacenar toda la información genética de un organismo que decide la mayor parte de su composición física y mental. Curiosamente, esta no es la primera vez que los científicos proponen el uso de ADN sintético (ADN hecho en un laboratorio) para almacenar datos digitales.
La idea se propuso por primera vez en la década de 1980, y unos 30 años después, en 2012, un grupo de científicos de la Universidad de Harvard almacenó un libro de 52.000 palabras sobre fragmentos de ADN. Pudieron almacenar 1,29 petabytes (1.280.000 GB) en cada gramo de ADN que utilizaron.
Sin embargo, su enfoque tenía varias limitaciones y es por eso que el almacenamiento de ADN no surgió como una solución de almacenamiento de datos convencional. Desde entonces, muchos otros científicos han intentado que el proceso sea eficiente y escalable, pero aún no se han resuelto algunos desafíos.
Por ejemplo, codificar datos en el ADN y luego extraer la información requiere recursos de alta tecnología, lo que la convierte en una solución de almacenamiento de energía muy costosa. Además, el método actual que se utiliza para leer datos sobre el ADN, conocido como reacción en cadena de la polimerasa (PCR), puede dar lugar a errores y también puede dañar la cadena de ADN en la que se almacenan los datos.
Lo que sucede en la PCR es que si necesita leer un determinado archivo que está almacenado en el ADN: “Se usa un cebador coincidente para buscar el pegote y unirlo a la hebra de ADN requerida. Luego, este ADN se copia millones de veces para que el sistema pueda encontrarlo y leer el archivo”, señalan los autores del estudio .
El problema es que cada vez que lees los datos, el proceso de lectura deteriora la calidad del ADN original. “Se vuelve difícil leer varios archivos a la vez. Además, 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”, agregaron además.
En su estudio, Greef y su equipo proponen un método de PCR termoconfinado modificado. Esta nueva técnica promete superar los desafíos que enfrentan los científicos con la PCR regular. Los autores crearon microcápsulas hechas de proteínas y polímeros que actúan como archivos de ADN compartimentados.
Cada microcápsula está vinculada a un archivo de datos. Además, están diseñadas de tal manera que cuando muchas microcápsulas se calientan a una temperatura superior a 122 °F (50 °C), cada una de estas cápsulas se sella sola.
Esto permite que el proceso de PCR ocurra de forma independiente en cada cápsula, dejando muy poco margen de error. Cuando la temperatura se normaliza, el archivo original permanece vinculado a la cápsula, pero los archivos copiados la dejan. Esto evita que los datos originales y el ADN se deterioren.
Sin embargo, en el método estándar de almacenamiento de ADN no compartimentado, la PCR no ocurre por separado para cada archivo y, por lo tanto, conduce a la degradación de los datos y a errores en la copia.
Los autores del estudio emplearon su nuevo enfoque para leer simultáneamente 25 archivos almacenados en ADN compartimentado. Los resultados fueron positivos y sorprendentes. Al comentar sobre los resultados de sus experimentos, Greef dijo: "Actualmente tenemos una pérdida del 0,3 por ciento después de tres lecturas, en comparación con el 35 por ciento con el método existente".
El estudio sugiere que las cápsulas también se pueden codificar por colores usando etiquetas fluorescentes. Esto facilitará la clasificación y búsqueda de información en grandes bibliotecas de datos de ADN. “Ahora solo es cuestión de esperar hasta que los costes de la síntesis de ADN caigan aún más. La técnica estará entonces lista para su aplicación”, agregó Greef.
Beneficios del almacenamiento de ADN sobre los centros de datos
Los humanos generan más de 2 x 1018 bytes de datos todos los días. Cada publicación, búsqueda en Google, blog y carga crea nuevos fragmentos de datos, y todos estos datos se almacenan en centros de datos ubicados en todo el mundo.
Los centros de datos son grandes instalaciones que comprenden numerosos servidores de datos. Cubren una gran masa de tierra y consumen constantemente grandes cantidades de electricidad. Los autores del estudio afirman que el ADN puede reducir tanto el uso de la tierra como el de la energía necesarios para almacenar datos.
Esto se debe a que el ADN ofrece una alta densidad de almacenamiento; un gramo de ADN sería suficiente para almacenar datos por valor de 215 millones de GB. Según una estimación, el total de datos que la humanidad ha producido hasta ahora puede colocarse dentro de segmentos de ADN apilados en una habitación.
Además, si bien los servidores de datos actuales deben actualizarse a tiempo y solo pueden conservar los datos durante 10, 20 o 50 años, el ADN puede mantener su contenido intacto durante millones de años. Además, el ADN se puede mantener en instalaciones que requerirán una demanda de energía significativamente baja en comparación con los servidores de datos.
Todos estos factores hacen que el almacenamiento de ADN sea una tecnología muy prometedora. Con suerte, la investigación adicional reducirá el costo de la síntesis de ADN y generalizará este enfoque.
El estudio fue publicado en la revista Nature Nanotechnology .
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