El almacenamiento de datos de ADN puede volverse más fácil de leer y escribir que antes, según investigadores del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, informan sobre una técnica que también puede almacenar datos cifrados, así como reescribir datos.

La idea original detrás del almacenamiento de datos de ADN es sintetizar moléculas largas de ADN con secuencias personalizadas de unidades base que codifican datos digitales. La densidad de datos lograda por este enfoque es órdenes de magnitud más alta que las tecnologías de estado sólido o magnéticas existentes, y dura miles en lugar de decenas de años. La longevidad y la densidad de datos del almacenamiento de datos de ADN serían particularmente útiles para los archivos de datos si no fuera por algunas limitaciones importantes.

"Uno de los mayores problemas es hacer que el ADN, "dice Ulrich Keyser, profesor de física aplicada en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. Explica que sintetizar las moléculas de ADN de nova con secuencias de unidades de base prescritas lo suficientemente largas para almacenar datos es difícil y requiere enzimas. "Con nuestro enfoque, es como los ladrillos de Lego. Solo hazlo mezclando juntos, calentando y enfriando ".

La lectura de datos almacenados en la secuencia de pares de bases también es lenta y costosa. La tecnología de secuenciación ha recorrido un largo camino, pero todavía se basa principalmente en la replicación de miles de millones de copias de la molécula para amplificar las señales de las interacciones de proteínas, etcétera.

Un enfoque de secuenciación alternativo pasa la molécula de ADN a través de un nanoporo y lee la secuencia en tiempo real a partir de los cambios en la corriente iónica a medida que pasan diferentes pares de bases. Aunque más económico y eficiente, leer bits de pares de bases en la columna vertebral del ADN todavía lleva demasiado tiempo para las tecnologías de almacenamiento de datos. Sin embargo, al almacenar datos sobre voladizos atascados en la red troncal principal, Keyser y su equipo desarrollaron un enfoque que la tecnología de nanoporos puede leer con facilidad y precisión, y la simple mezcla puede escribir.

Al incorporar "puntos de apoyo" en los datos escritos en voladizo, muestran que se puede quitar y reescribir fácilmente. "Me sorprendió que la reescritura funcionara y pudiera ser tan simple, porque esto es muy difícil con cualquier otra técnica de datos de ADN, "dice Keyser.

Potencial de detección

"La idea con la que comenzamos era para detectar la amplificación, "explica Kaikai Chen, el primer autor de la Nano letras documento que informa estos resultados. "Entonces se nos ocurrió la idea del almacenamiento de datos".

La clave del enfoque pionero es controlar cómo se "hibridan" los salientes de ADN monocatenario. Si bien la secuencia de pares de bases en la columna vertebral del ADN es idéntica de una molécula a otra, los investigadores recogen proyecciones específicas con ADN monocatenario complementario que está biotinilado, mientras que el resto se templa con ADN monocatenario simple. Cuando la hebra complementaria está biotinilada, se unirá a moléculas de estreptavidina, que hace un cambio fácilmente detectable en la corriente iónica cuando el ADN pasa a través de un nanoporo, leyéndolo como "1". Donde la hebra de ADN que sobresale no tiene estreptavidina, los datos escritos son "0". El grupo utilizó técnicas reconocidas basadas en moléculas que se ubican en regiones específicas de la molécula para entregar la hebra complementaria correcta a la dirección correcta.

El "punto de apoyo" que permite la reescritura es solo un poco de ADN monocatenario adicional que sobresale después de la funcionalización. lo que facilita su eliminación y reescritura. Dejar las hebras biotiniladas deja los datos cifrados porque solo alguien que conozca la secuencia de las cadenas de ADN monocatenarias sabrá qué secuencia debe tener la hebra complementaria para suministrar las hebras biotiniladas que se unirán a la estreptavidina. y así distinguir los unos de los ceros.

Futuro

El próximo desafío para la tecnología sería la ampliación. Dado que operan un laboratorio de física, Keyser no ve esto como el foco de sus próximos pasos como equipo, aunque parece sencillo en principio con el uso de robots de pipeteo o microfluídicos. "Ya hay empresas que ofrecen los productos de microfluidos que podrían utilizarse, "agrega Chen.

Los investigadores ahora están analizando qué otros grupos funcionales pueden usar además de la estreptavidina. "En principio, nuestro método puede adaptarse a diferentes funcionalizaciones, ", dice Chen. Usaron estreptavidina para su prueba de principio porque es un grupo funcional con el que están familiarizados". Es muy sencillo y funciona bien, ", añade. Sin embargo, el uso de grupos más pequeños puede permitir un almacenamiento de mayor densidad.

Ninguna elección de grupo funcional permitirá la densidad de datos lograda almacenando los datos en la secuencia de pares de bases. Keyser sugiere que esto también podría explicar por qué nadie pensó antes en probar el enfoque de bloques de Lego. Aunque el trabajo en nuevas tecnologías tiende a realizar un seguimiento de las técnicas ya demostradas en lugar de adoptar un enfoque ortogonal, el enfoque en optimizar la densidad de datos puede haber actuado como un elemento disuasorio adicional. Todavía, las ventajas de más rápido, lectura y escritura más sencillas, y en particular, reescritura puede hacer que la compensación valga la pena. El almacenamiento de datos de ADN regrabables también abre oportunidades para los cálculos de ADN, que podría ofrecer una alternativa a la informática tradicional que, aunque lento, utiliza muy poca energía y, por lo tanto, tiene valor para algunas aplicaciones.

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