Almacenar, encriptar y leer datos en el ADN

Desde el amanecer de la era informática, dos desafíos siguen siendo plenamente vigentes: cómo almacenar cantidades cada vez mayores de datos y cómo proteger esa información del acceso no deseado.

Ahora, unos científicos ofrecen una respuesta sorprendente para esas dos preguntas. Han demostrado cómo el ADN, la molécula de la vida, puede aprovecharse para almacenar con precisión enormes volúmenes de datos y proporcionar un cifrado potente.

El sistema que han ideado ofrece una alternativa, inspirada en la naturaleza, a las soluciones de almacenamiento y cifrado basadas en el silicio. Esto podría ayudar a redefinir el diseño de futuros sistemas de información microelectrónicos y moleculares para una amplia gama de aplicaciones.

El avance es obra de un equipo integrado, entre otros, por Hao Yan y Gde Bimananda Mahardika Wisna, de la Universidad Estatal de Arizona en la ciudad estadounidense de Tempe.

El ADN puede almacenar cantidades masivas de información en un volumen físico diminuto y permanecer estable durante periodos asombrosamente largos. Un buen ejemplo de la durabilidad del ADN lo tenemos en unos fragmentos de ADN de hace unos dos millones de años que en 2022 fueron encontrados en un estado de conservación razonablemente bueno en sedimentos de Groenlandia.

Para el nuevo sistema de almacenamiento de datos digitales en ADN, Yan y sus colegas diseñaron y fabricaron diminutas estructuras de ADN que actúan como letras físicas de un alfabeto, cada una conteniendo información. A medida que las estructuras pasan a través de un sensor microscópico, un software de aprendizaje automático registra y analiza señales eléctricas sutiles. Posteriormente, el sistema puede traducir los datos de nuevo a palabras legibles y con gran precisión.

La ilustración muestra una hebra de ADN modificado que pasa a través de un sensor nanométrico, donde su estructura física puede decodificarse como información digital. Las nanoestructuras de ADN podrían algún día servir como portadores ultradensos de información digital y reforzar el cifrado de datos. (Imagen: Jason Drees / Biodesign Institute / ASU)

Este enfoque ofrece una potente alternativa a los métodos más tradicionales de almacenamiento artificial de datos de ADN, que se basan en una secuenciación lenta y costosa. En cambio, la nueva técnica es más rápida, más barata y mejor adaptable a su uso a gran escala.

El trabajo de investigación y desarrollo del equipo de Yan apunta a un futuro en el que el ADN podría servir como un medio ultradenso, duradero y seguro para el almacenamiento de datos. Podría ser útil para archivar cantidades masivas de información, desde registros científicos hasta datos culturales, utilizando muy poco espacio y energía. Esta nueva clase de tecnología basada en el ADN también podría convertirse en un puente entre la biología sintética y la tecnología de semiconductores, abriendo un camino hacia nuevos tipos de sistemas de información en soporte molecular que irían más allá de lo que es factible mediante la electrónica convencional.

Yan y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus avances más recientes en esta línea de investigación y desarrollo en la revista académica Nature Communications, bajo el título “High-speed 3D DNA PAINT and unsupervised clustering for unlocking 3D DNA origami cryptography”. (Fuente: NCYT de Amazings)