En la búsqueda de maneras de almacenar datos permanentemente, los investigadores del ETH se han inspirado en los fósiles. Imagen: Philipp Stössel. Fuente: ETH Zurich.
Una de las paradojas de la era digital es que generamos una cantidad de datos superior a la de cualquier otra época de nuestra historia pero, probablemente, esta información no podrá sobrevivir más de 50 años.
Esto es porque su almacenamiento se hace en servidores y discos duros; que poco tienen que ver, por ejemplo, con los antiguos papiros que tantos conocimientos de nuestros antepasados y de culturas antiguas nos han trasladado.
Para resolver este problema, hay científicos que se están inspirando, una vez más, en la naturaleza. En concreto, en cómo la naturaleza alberga información en el material genético o ADN. Por ejemplo, hemos sido capaces de extraer el ADN de huesos de mamuts lanudos con una antigüedad de decenas de miles de años, y darle sentido.
Esto es gracias a que el ADN puede almacenar grandes cantidades de información de una manera compacta. Si, además, ese ADN se conserva en condiciones favorables que eviten su degradación, es posible la transmisión de la información que contiene, a través de extensos periodos de tiempo.
Ya se han hecho importantes avances en el uso del ADN como almacén de información digital (el método consiste en grabar información en las secuencias de bases del ADN: A, G, C y T). Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EEUU, han usado el material genético de bacterias para almacenar memoria a largo plazo; y científicos del EMBL-European Bioinformatics Institute consiguieron en 2013 sintetizar cientos de miles de fragmentos de ADN con información de diverso tipo, como imágenes o los sonetos de Shakespeare.
Esto es porque su almacenamiento se hace en servidores y discos duros; que poco tienen que ver, por ejemplo, con los antiguos papiros que tantos conocimientos de nuestros antepasados y de culturas antiguas nos han trasladado.
Para resolver este problema, hay científicos que se están inspirando, una vez más, en la naturaleza. En concreto, en cómo la naturaleza alberga información en el material genético o ADN. Por ejemplo, hemos sido capaces de extraer el ADN de huesos de mamuts lanudos con una antigüedad de decenas de miles de años, y darle sentido.
Esto es gracias a que el ADN puede almacenar grandes cantidades de información de una manera compacta. Si, además, ese ADN se conserva en condiciones favorables que eviten su degradación, es posible la transmisión de la información que contiene, a través de extensos periodos de tiempo.
Ya se han hecho importantes avances en el uso del ADN como almacén de información digital (el método consiste en grabar información en las secuencias de bases del ADN: A, G, C y T). Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EEUU, han usado el material genético de bacterias para almacenar memoria a largo plazo; y científicos del EMBL-European Bioinformatics Institute consiguieron en 2013 sintetizar cientos de miles de fragmentos de ADN con información de diverso tipo, como imágenes o los sonetos de Shakespeare.
El problema de la degradación
Por desgracia, como material biológico que es, el ADN suele degradarse, poniendo en peligro la recuperación de los datos que contiene. Esto hace que no sea un medio fiable de conservación artificial de información a largo plazo.
Ahora, investigadores del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich (ETH Zurich) han demostrado que este punto se puede solucionar, para garantizar un almacenamiento de datos libre de errores durante mucho tiempo.
Para empezar, los científicos encapsularon fragmentos de ADN portadores de información en esferas de sílice, de un diámetro de unos 150 nanómetros. Crearon así una especie de “fósiles sintéticos” que contenían un material genético, a su vez portador de dos documentos: el Pacto Federal de Suiza de 1291 (sobre la alianza entre los tres cantones suizos) y El método de los teoremas mecánicos de Arquímedes.
A continuación, los investigadores sometieron estos “archivos genéticos” a condiciones extremas (estuvieron a una temperatura de entre 60 y 70ºC durante un mes), con las que replicaron la degradación química que tiene lugar durante cientos de años, en unas pocas semanas.
Tras ese tiempo, se comprobó que la información contenida en el ADN se había conservado bien. Usando una solución de fluoruro, los científicos lograron sin problemas separar el sílice y leer los datos en este contenido. A partir de estos resultados, calculan que el sistema permitiría conservar la información durante más de un millón de años, informa el ETH en un comunicado.
Un código de los años 60 para leer el ADN
Este ha sido un logro importante, pero a los investigadores suizos aún les quedaba un problema por resolver: No basta solo con almacenar la información durante largos períodos de tiempo sin que esta sufra daños sustanciales, pasados los años, también hay que leer dicha información sin errores.
Avances tecnológicos significativos en la secuenciación del ADN permiten hoy día leer lo que el ADN contiene. Sin embargo, esta lectura puede contener fallos, en particular cuando se repiten las letras de ADN (cualquier secuencia de ADN está formada por una sucesión de letras que representan la estructura primaria de una molécula real o hipotética de ADN o banda, con la capacidad de transportar información).
Con el fin de resolver este segundo problema, los científicos del ETH Zurich desarrollaron un esquema de corrección basado en el llamado código Reed-Solomon.
Este código, inventado en 1960, se aplica actualmente a CD, telefonía móvil y sondas espaciales. Pertenece al tipo de códigos detectores y correctores de error, que son los que detectan y corrigen errores de transmisión, debidos a factores como el ruido térmico, el ruido impulsivo o el ruido de intermodulación.
Según los científicos, aplicando este código a la decodificación de los datos guardados en el ADN se pudo recuperar la información del Pacto Federal de Suiza y de El método de los teoremas mecánicos sin errores.
Por desgracia, como material biológico que es, el ADN suele degradarse, poniendo en peligro la recuperación de los datos que contiene. Esto hace que no sea un medio fiable de conservación artificial de información a largo plazo.
Ahora, investigadores del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich (ETH Zurich) han demostrado que este punto se puede solucionar, para garantizar un almacenamiento de datos libre de errores durante mucho tiempo.
Para empezar, los científicos encapsularon fragmentos de ADN portadores de información en esferas de sílice, de un diámetro de unos 150 nanómetros. Crearon así una especie de “fósiles sintéticos” que contenían un material genético, a su vez portador de dos documentos: el Pacto Federal de Suiza de 1291 (sobre la alianza entre los tres cantones suizos) y El método de los teoremas mecánicos de Arquímedes.
A continuación, los investigadores sometieron estos “archivos genéticos” a condiciones extremas (estuvieron a una temperatura de entre 60 y 70ºC durante un mes), con las que replicaron la degradación química que tiene lugar durante cientos de años, en unas pocas semanas.
Tras ese tiempo, se comprobó que la información contenida en el ADN se había conservado bien. Usando una solución de fluoruro, los científicos lograron sin problemas separar el sílice y leer los datos en este contenido. A partir de estos resultados, calculan que el sistema permitiría conservar la información durante más de un millón de años, informa el ETH en un comunicado.
Un código de los años 60 para leer el ADN
Este ha sido un logro importante, pero a los investigadores suizos aún les quedaba un problema por resolver: No basta solo con almacenar la información durante largos períodos de tiempo sin que esta sufra daños sustanciales, pasados los años, también hay que leer dicha información sin errores.
Avances tecnológicos significativos en la secuenciación del ADN permiten hoy día leer lo que el ADN contiene. Sin embargo, esta lectura puede contener fallos, en particular cuando se repiten las letras de ADN (cualquier secuencia de ADN está formada por una sucesión de letras que representan la estructura primaria de una molécula real o hipotética de ADN o banda, con la capacidad de transportar información).
Con el fin de resolver este segundo problema, los científicos del ETH Zurich desarrollaron un esquema de corrección basado en el llamado código Reed-Solomon.
Este código, inventado en 1960, se aplica actualmente a CD, telefonía móvil y sondas espaciales. Pertenece al tipo de códigos detectores y correctores de error, que son los que detectan y corrigen errores de transmisión, debidos a factores como el ruido térmico, el ruido impulsivo o el ruido de intermodulación.
Según los científicos, aplicando este código a la decodificación de los datos guardados en el ADN se pudo recuperar la información del Pacto Federal de Suiza y de El método de los teoremas mecánicos sin errores.
Referencia bibliográfica:
Robert N. Grass, Reinhard Heckel, Michela Puddu, Daniela Paunescu, Wendelin J. Stark. Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes. Angewandte Chemie International Edition (2015). DOI: 10.1002/anie.201411378.
Robert N. Grass, Reinhard Heckel, Michela Puddu, Daniela Paunescu, Wendelin J. Stark. Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes. Angewandte Chemie International Edition (2015). DOI: 10.1002/anie.201411378.