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Bacterias modificadas pueden decodificar información digital

Nanoporos de bacterias modificadas solucionarán el problema del almacenamiento datos: leen con precisión la información digital codificada en polímeros personalizados.

Una nueva tecnología desarrollada por bioingenieros de la Escuela Politécnica Federal de Lausana en Suiza (EPFL) y basada en bacterias modificadas constituye una alternativa viable a los sistemas actuales para el almacenamiento de datos.

Han utilizado una plataforma de inspiración biológica para almacenar datos con una eficiencia mayor, más precisa y menos contaminante que la de los sistemas actuales.

Hoy, de media, cada habitante del planeta produce al día 1,7 megabytes (cada megabyte equivale a un millón de bytes) de información, lo que significa que cada año generamos 418.000 millones de discos duros, cada uno de los cuales almacena 1 terabyte (1.024 Gigabytes) de información.

Los sistemas magnéticos u ópticos que guardan estos datos tienen una vida media de un siglo, a la vez que son altamente contaminantes por la gran energía que consumen. Urgen alternativas a estos sistemas.

ADN para almacenar datos

Una de esas alternativas consiste en almacenar datos en moléculas biológicas, como el ADN. En su estado natural, el ADN codifica, almacena y hace legibles cantidades masivas de información genética en espacios diminutos (células, bacterias, virus), de una manera muy segura y reproducible.

En comparación con los dispositivos de almacenamiento de datos convencionales, el ADN es más duradero y comprimido: puede contener diez veces más datos, tiene una densidad de almacenamiento 1.000.000 de veces mayor y utiliza 100 millones de veces menos energía, para almacenar la misma cantidad de datos que un disco duro.

Además, un dispositivo de almacenamiento de datos de ADN sería pequeño: los datos producidos en un año a escala global se pueden almacenar en solo cuatro gramos de ADN.

Sin embargo, almacenar datos con ADN también implica costos exorbitantes, mecanismos de lectura y escritura extremadamente lentos y, además, es propenso a lecturas erróneas.

Más allá del ADN

El reciente desarrollo de polímeros que pueden almacenar información a nivel molecular ha abierto nuevas oportunidades para el almacenamiento de datos más allá del ADN, escriben los autores de esta investigación en un artículo publicado en Science Advances.

Un polímero es un conjunto de macromoléculas formadas por la unión de enlaces de una o más unidades simples llamadas monómeros. Los polímeros pueden ser naturales o sintéticos.

Los polímeros que pueden almacenar información a nivel molecular representan una alternativa potencial al ADN como sistema de almacenamiento de datos, si bien necesitan de la espectrometría de masas, una técnica de análisis que permite determinar la distribución de las moléculas de una sustancia en función de su masa, para descifrar la información almacenada.

Nuevo paso: nanoporos

Para trascender esta complicación, los investigadores de la EPFL han ido un paso más allá: han utilizado nanoporos para almacenar información.

Un nanoporo es un poro de tamaño nanométrico que puede ser creado, bien por una proteína formadora de poros, o desarrollado como un hoyo en materiales sintéticos, como el silicio o el grafeno.

Según los autores de esta investigación, liderada por Matteo Dal Peraro, de la Facultad de Ciencias de la Vida de la citada Escuela, los nanoporos pueden generar un sistema mucho mejor que el ADN para el almacenamiento de datos.

En la actualidad, los nanoporos están limitados por lecturas de baja resolución, lo que plantea un problema si se quieren utilizar para almacenar y leer datos como los que usamos cotidianamente en nuestro trabajo o entretenimiento, archivados actualmente en sistemas magnéticos u ópticos.

Decodifican bits

Los bioingenieros suizos han utilizado unos nanoporos específicos que superan esta limitación: los producidos por una toxina formadora de poros llamada aerolisina, que genera la bacteria Aeromonas hydrophila. Y han demostrado que esos nanoporos se pueden utilizar para decodificar información binaria.

Para ello han desarrollado un sistema de nanoporos capaz de leer datos codificados en macromoléculas sintéticas: supera las limitaciones de los dispositivos convencionales de almacenamiento de datos.

Esos nanoporos de aerolisina pueden leer con precisión, con una resolución de un solo bit, la información digital codificada en polímeros personalizados, sin comprometer la densidad de la información.

Esta tecnología de nanoporos puede ser más rápida, barata, no destructiva y proporcionar detección de información a nivel de una sola molécula. Además, se puede paralelizar y miniaturizar masivamente en dispositivos portátiles, destacan los investigadores.

Producto real

«Estamos trabajando en varias mejoras para transformar esta plataforma de inspiración biológica en un producto real para el almacenamiento y la recuperación de datos», exlica Matteo Dal Peraro en un comunicado.

“Pero este trabajo indica claramente que un nanoporo biológico puede leer muestras híbridas de ADN y polímero. Estamos entusiasmados porque esto abre nuevas perspectivas prometedoras para las memorias de polímeros, con importantes beneficios para la portabilidad de dispositivos y almacenamiento a largo plazo de densidad ultra alta”, concluye Peraro.

Referencia

Aerolysin nanopores decode digital information stored in tailored macromolecular analytes. Chan Cao et al. Science Advances, 09 Dec 2020: Vol. 6, no. 50, eabc2661. DOI:10.1126/sciadv.abc2661.

Ilustración: Los nanoporos de bacterias modificadas pueden codificar información digital almacenada en polímeros personalizados. Crédito: Matteo Dal Peraro, UNIGE.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

2 comentarios

  • Hace casi treinta años que ya existe esta tecnología, el primer ordenador libre de silicio y basado en una red celular parecida a las neuronas cerebrales, se logró en Japón poco más o menos en 1990. Evidentemente esta tecnología nunca a llegado ni llegará a los mercados de la informática mientras puedan sacar beneficios del silicio, siendo esta nueva tecnología utilizada por medios gubernamentales cómo defensa militar con un acceso muy restringido.

  • Las muestra híbridas de ADN y polímero que han de leer las bacterias modificadas necesitan ADN humano extraído de qué forma? O no humano.? Si se masifica como único método, de dónde se obtiene y cómo, este ADN, es lo que me pregunto.