Imagine la "Suite para violonchelo n.º 1" de Bach tocada en una hebra de ADN.

Este escenario no es tan imposible como parece. Demasiado pequeño para soportar un rasgueo rítmico o una cuerda de arco deslizante, el ADN es una fuente inagotable para almacenar archivos de audio y todo tipo de otros medios.

"El ADN es el sistema de almacenamiento de datos original de la naturaleza. Podemos usarlo para almacenar cualquier tipo de datos:imágenes, videos, música, cualquier cosa", dijo Kasra Tabatabaei, investigadora del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas y coautora de este estudio.

La ampliación de la composición molecular del ADN y el desarrollo de un nuevo método de secuenciación preciso permitieron que un equipo multiinstitucional transformara la doble hélice en una plataforma de almacenamiento de datos sólida y sostenible.

El artículo del equipo apareció en Nano Letters en febrero de 2022.

En la era de la información digital, cualquier persona lo suficientemente valiente como para navegar por las noticias diarias siente que el archivo global se vuelve más pesado cada día. Cada vez más, los archivos en papel se digitalizan para ahorrar espacio y proteger la información de los desastres naturales.

Desde científicos hasta personas influyentes en las redes sociales, cualquiera que tenga información para almacenar se beneficiará de una caja de seguridad de datos sostenible y segura, y la doble hélice cumple con los requisitos.

"El ADN es una de las mejores opciones, si no la mejor opción, especialmente para almacenar datos de archivo", dijo Chao Pan, estudiante de posgrado en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y coautor de este estudio.

Su longevidad solo rivaliza con la durabilidad, el ADN está diseñado para soportar las condiciones más duras de la Tierra, a veces durante decenas de miles de años, y seguir siendo una fuente de datos viable. Los científicos pueden secuenciar hebras fosilizadas para descubrir historias genéticas y dar vida a paisajes perdidos hace mucho tiempo.

A pesar de su estatura diminuta, el ADN es un poco como la infame cabina de policía del Dr. Who:más grande por dentro de lo que parece.

"Todos los días, se generan varios petabytes de datos en Internet. Solo un gramo de ADN sería suficiente para almacenar esos datos. Así de denso es el ADN como medio de almacenamiento", dijo Tabatabaei, quien también es un Ph. D. estudiante.

Otro aspecto importante del ADN es su abundancia natural y su capacidad de renovación casi infinita, un rasgo que no comparte el sistema de almacenamiento de datos más avanzado del mercado actual:los microchips de silicio, que a menudo circulan durante décadas antes de un entierro sin ceremonias en un montón de basura electrónica. -residuos.

"En un momento en el que nos enfrentamos a desafíos climáticos sin precedentes, la importancia de las tecnologías de almacenamiento sostenibles no se puede subestimar. Están surgiendo nuevas tecnologías ecológicas para el registro de ADN que harán que el almacenamiento molecular sea aún más importante en el futuro", dijo Olgica Milenkovic, la Franklin W. Woeltge Profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática y co-PI del estudio.

Visualizando el futuro del almacenamiento de datos, el equipo interdisciplinario examinó el MO milenario del ADN. Luego, los investigadores agregaron su propio toque del siglo XXI.

En la naturaleza, cada hebra de ADN contiene cuatro sustancias químicas (adenina, guanina, citosina y timina), a las que a menudo se hace referencia con las iniciales A, G, C y T. Se organizan y reorganizan a lo largo de la doble hélice en combinaciones que los científicos pueden decodificar , o secuencia, para dar significado.

The researchers expanded DNA's already broad capacity for information storage by adding seven synthetic nucleobases to the existing four-letter lineup.

"Imagine the English alphabet. If you only had four letters to use, you could only create so many words. If you had the full alphabet, you could produce limitless word combinations. That's the same with DNA. Instead of converting zeroes and ones to A, G, C, and T, we can convert zeroes and ones to A, G, C, T, and the seven new letters in the storage alphabet," Tabatabaei said.

Because this team is the first to use chemically modified nucleotides for information storage in DNA, members innovated around a unique challenge:Not all current technology is capable of interpreting chemically modified DNA strands. To solve this problem, they combined machine learning and artificial intelligence to develop a first-of-its-kind DNA sequence readout processing method.

Their solution can discern modified chemicals from natural ones, and differentiate each of the seven new molecules from one another.

"We tried 77 different combinations of the 11 nucleotides, and our method was able to differentiate each of them perfectly," Pan said. "The deep learning framework as part of our method to identify different nucleotides is universal, which enables the generalizability of our approach to many other applications."

This letter-perfect translation comes courtesy of nanopores:proteins with an opening in the middle through which a DNA strand can easily pass. Remarkably, the team found that nanopores can detect and distinguish each individual monomer unit along the DNA strand—whether the units have natural or chemical origins.

"This work provides an exciting proof-of-principle demonstration of extending macromolecular data storage to non-natural chemistries, which hold the potential to drastically increase storage density in non-traditional storage media," said Charles Schroeder, the James Economy Professor of Materials Science and Engineering and a co-PI on this study.

DNA literally made history by storing genetic information. By the looks of this study, the future of data storage is just as double-helical. + Explora más

Using DNA-like punch cards to store data