Microsoft crea el primer disco duro que lee y almacena datos en ADN
Investigadores de Microsoft y la Universidad de Washington han creado el primer sistema totalmente automatizado para almacenar y recuperar datos en ADN fabricado, un paso clave para sacar la tecnología del laboratorio de investigación y llevarla a centros de datos.
Los investigadores del equipo lograron guardar con éxito la palabra «hola» en fragmentos de ADN y luego los convirtieron de nuevo en datos digitales utilizando un sistema automatizado de extremo a extremo.
El ADN puede almacenar información digital en un espacio que es un orden de magnitud más pequeño que el que usan los centros de datos en la actualidad. Es una solución prometedora para almacenar la gran cantidad de datos que el mundo genera cada día, desde registros de negocios y vídeos de animales hasta escaneos médicos e imágenes del espacio exterior.
Microsoft está explorando formas de cerrar una brecha entre la cantidad de datos que estamos produciendo y que debemos preservar y nuestra capacidad para almacenarlos. Eso incluye el desarrollo de algoritmos y tecnologías de computación molecular para codificar y recuperar datos en ADN fabricado, que podría incluir toda la información almacenada actualmente en un centro de datos del tamaño de un almacén en un espacio del tamaño de unos pocos dados de juegos de mesa.
«Nuestro objetivo final es poner en producción un sistema que, para el usuario final, se parece mucho a cualquier otro servicio de almacenamiento en la nube: los bits se envían a un centro de datos y se almacenan allí, y luego aparecen cuando el cliente los quiere», comenta Karin Strauss, Investigador principal de Microsoft. «Para hacer eso, necesitamos demostrar que esto es práctico desde una perspectiva de automatización».
La información se almacena en moléculas de ADN sintético creadas en un laboratorio, no ADN de humanos u otros seres vivos, y se puede cifrar antes de que se envíe al sistema. Si bien las máquinas sofisticadas, como los sintetizadores y los secuenciadores, ya realizan partes clave del proceso, muchos de los pasos intermedios hasta ahora han requerido trabajo manual en el laboratorio de investigación. Pero eso no sería viable en un entorno comercial, dijo Chris Takahashi, científico investigador principal de la Escuela de Ciencias de la Computación e Ingeniería Paul G. Allen de la UW.
Para que la técnica tenga sentido como una solución de almacenamiento comercial, el coste debe disminuir para ambos sintetizar ADN, esencialmente cadenas de construcción personalizadas con secuencias significativas, y el proceso de secuenciación que extrae la información almacenada. Los investigadores dicen que la tendencia se están moviendo rápidamente en esa dirección.
Cuando el sistema necesita recuperar la información, agrega otros químicos para preparar adecuadamente el ADN y utiliza bombas de microfluidos para empujar los líquidos a otras partes del sistema que «leen» las secuencias de ADN y las vuelven a convertir en información que una computadora puede entender. El objetivo del proyecto no era demostrar lo rápido o barato que podría funcionar el sistema, dicen los investigadores, sino simplemente demostrar que la automatización es posible.
Uno de los beneficios inmediatos de tener un sistema automatizado de almacenamiento de ADN es que libera a los investigadores para explorar preguntas más profundas, en lugar de pasar tiempo buscando botellas de reactivos o exprimir repetidamente gotas de líquidos en tubos de ensayo.
«Tener un sistema automatizado para hacer el trabajo repetitivo nos permite a aquellos de nosotros que trabajamos en el laboratorio tener una visión superior y comenzar a armar nuevas estrategias, esencialmente para innovar mucho más rápido», afirma el investigador de Microsoft, Bichlien Nguyen.
El equipo del Laboratorio de Sistemas de Información Molecular ya ha demostrado que puede almacenar fotografías de gatos, grandes obras literarias, vídeos pop y grabaciones de archivo en ADN, y recuperar esos archivos sin errores en un entorno de investigación. Hasta la fecha, han podido almacenar 1 gigabyte de datos en el ADN, superando su récord mundial anterior de 200 MB.
Los investigadores también han desarrollado técnicas para realizar cálculos significativos, como buscar y recuperar solo imágenes que contienen una manzana o una bicicleta verde, utilizando las moléculas mismas y sin tener que convertir los archivos de nuevo en formato digital.
«Definitivamente estamos viendo un nuevo tipo de sistema de computadora que nace aquí, donde usted está utilizando moléculas para almacenar datos y componentes electrónicos para su control y procesamiento. Ponerlos juntos tiene algunas posibilidades realmente interesantes para el futuro «, comenta el profesor de la Escuela UW Allen, Luis Ceze.
A diferencia de los sistemas de computación basados en el silicio, los sistemas de almacenamiento y computación basados en el ADN tienen que usar líquidos para mover las moléculas. Pero los fluidos son intrínsecamente diferentes de los electrones y requieren soluciones de ingeniería completamente nuevas.
El equipo de UW, en colaboración con Microsoft, también está desarrollando un sistema programable que automatiza los experimentos de laboratorio mediante el aprovechamiento de las propiedades de la electricidad y el agua para mover gotitas en una cuadrícula de electrodos. La pila completa de software y hardware, apodados «Puddle» y «PurpleDrop», puede mezclar, separar, calentar o enfriar diferentes líquidos y ejecutar protocolos de laboratorio.
El objetivo es automatizar los experimentos de laboratorio que actualmente se realizan a mano o con costosos robots de manejo de líquidos, pero por una fracción del costo.
Los próximos pasos para el equipo de MISL incluyen la integración del sistema automatizado simple de extremo a extremo con tecnologías como PurpleDrop y aquellas que permiten la búsqueda con moléculas de ADN. Los investigadores diseñaron específicamente el sistema automatizado para que fuera modular, lo que le permite evolucionar a medida que surgen nuevas tecnologías para sintetizar, secuenciar o trabajar con ADN.
«Lo bueno de este sistema es que si quisiéramos reemplazar una de las piezas con algo nuevo o mejor o más rápido, podemos enchufarlo», dijo Nguyen. «Nos da mucha flexibilidad para el futuro».
La automatización es otra pieza clave de ese rompecabezas, ya que permitiría el almacenamiento a escala comercial y lo haría más asequible, según los investigadores de Microsoft.
Bajo las condiciones adecuadas, el ADN puede durar mucho más tiempo que las tecnologías de almacenamiento de archivos actuales que se degradan en cuestión de décadas. Parte del ADN ha logrado persistir en condiciones de almacenamiento menos que ideales durante decenas de miles de años en los colmillos de mamut y en los huesos de los humanos primitivos, y debería tener relevancia mientras la gente esté viva.
El sistema automatizado de almacenamiento de datos de ADN utiliza un software desarrollado por el equipo de Microsoft y UW que convierte los unos y los ceros de los datos digitales en los As, Ts, Cs y G que forman los componentes básicos del ADN. Luego utiliza un equipo de laboratorio económico y en gran parte disponible en el mercado para hacer fluir los líquidos y productos químicos necesarios hacia un sintetizador que construye fragmentos de ADN fabricados y los empuja hacia un recipiente de almacenamiento.
Via: Microsoft