El ADN es el disco duro del futuro

La humanidad es excelente creando cosas, pero hay una cosa que nuestra especie crea más que cualquier otra cosa: información.

Allá por 2013, un estudio concluyó que el 90 por ciento de todos los datos del mundo se habían generado en los dos años anteriores y, sin embargo, esa cantidad todavía parece pequeña en comparación con los últimos años. En 2017 se crearon 26 zettabytes (un zettabyte = mil millones de terabytes) de datos, que es más que todo lo creado en los años 2010-2013 combinados.

De acuerdo a un informe publicado en 2019, cada día compartimos 95 millones de fotos y vídeos en Instagram, publicamos 500 millones de tweets en Twitter y enviamos 294 mil millones de correos electrónicos. Si bien Internet puede parecer etéreo, todos esos datos deben almacenarse físicamente, en discos duros y servidores en todo el mundo. El problema es que esos medios tradicionales de almacenamiento de datos probablemente no puedan seguir el ritmo de la avalancha de datos esperada durante la próxima década.

¿Cual es la solución? El disco duro del futuro podría en realidad ser algo muy antiguo, algo que esté dentro de cada persona que lea esto: el ADN.

Manual de instrucciones de la naturaleza

El ácido desoxirribonucleico, o ADN, es la molécula que dicta cómo se desarrolla un organismo. Una molécula de ADN contiene cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), y la secuencia de estas bases forman instrucciones sobre cómo deben desarrollarse las células, influyendo en cosas como el color del cabello y los ojos, la altura, etc. en. El ADN es esencialmente el manual de instrucciones para construir un cuerpo.

El ADN también puede contener una asombrosa cantidad de información: 215 petabytes (1 petabyte son aproximadamente 100 millones de gigabytes) de datos en un solo gramo. Igual de impresionante es su longevidad. Los medios tradicionales como la cinta magnética y la memoria flash tienden a degradarse, ya sea por el uso repetido o simplemente por el tiempo. El ADN también se degrada, pero a un ritmo significativamente más lento: dependiendo de las condiciones de almacenamiento, puede durar miles o incluso decenas de miles de años.

No sorprende, entonces, que los investigadores vean el sistema de almacenamiento de la naturaleza como un recipiente para el incesante flujo de información del mundo.

"Es casi cerrar el círculo", afirma Hyunjun Park, director ejecutivo de Catalog, una empresa que construye una plataforma para el almacenamiento basado en ADN. "Volveremos a la naturaleza en busca de inspiración para desarrollar este medio".

Catalog es una de las empresas a la vanguardia de esta tecnología y ha creado una plataforma de almacenamiento basada en ADN que puede acomodar archivos cada vez más grandes del 5G, era de alta definición.

Un potencial maravilloso a un precio de pesadilla

La idea de almacenar datos sobre el ADN fue propuesta en los años 60 por el científico soviético Mikhail Neiman. En las décadas posteriores, los investigadores han logrado grandes avances para lograrlo, aunque ha habido obstáculos importantes.

"El obstáculo que ha impedido que esta tecnología se generalice", explica Park, "fue el hecho de que almacenar mucha información es muy caro y lento".

De acuerdo a un estudio publicado en 2018, la técnica de almacenamiento de ADN más rentable en ese momento costaba alrededor de $ 3500 por MB para escribir los datos y $ 1000 por MB para leerlos, así que no retire su unidad de estado sólido todavía.

Catalog tiene como objetivo reducir el costo del almacenamiento de ADN mediante la creación de algo que se compara con una imprenta. el revolucionario dispositivo que utilizaba bloques de letras intercambiables, recubiertos de tinta, para imprimir rápidamente páginas.

“La forma en que se hacía antes”, explica Park, es que las bases del ADN –ATCG– podrían usarse para “representar cualquier cadena larga de unos y ceros, porque esos son los datos que estás tratando de escribir. Pero el problema con ese enfoque es que cada par de bases que se agregan tiene un costo y requiere mucho tiempo”.

En el método de imprenta de Catalog, los bloques de madera son “bloques de moléculas de ADN que presintetizamos, pero en grandes cantidades. En el mundo del ADN”, explica, “si se intenta sintetizar grandes cantidades de unas pocas moléculas diferentes (digamos, del orden de 100), es realmente barato y fácil de hacer.

“Pero si se intenta sintetizar cantidades muy pequeñas de un millón de moléculas diferentes”, continúa, “es realmente costoso y lento. Tomamos estos bloques más grandes que hemos hecho en grandes cantidades y usamos la impresora que desarrollamos para organizarlos en diferentes combinaciones y unirlas para obtener esta enorme variedad de moléculas diferentes a las que luego podemos atribuir diferentes información para.”

Construyendo una mejor computadora a través de la naturaleza

Si bien las capacidades de almacenamiento del ADN son intrigantes, Park también está entusiasmado con su potencial para la informática. Durante años, las computadoras siguieron aproximadamente el camino trazado por la Ley de Moore, que establecía que aproximadamente cada dos años podríamos duplicar la cantidad de transistores que caben en un chip de computadora. Sin embargo, los chips de computadora se han vuelto tan pequeños hoy en día que es cada vez más improbable que podamos seguir introduciendo más transistores en ellos. Esencialmente, La ley de Moore ha muerto, o al menos en un hospicio.

Sin embargo, la necesidad de la humanidad de contar con computadoras cada vez mayores es intensa, por lo que los investigadores se apresuran a desarrollar nuevas clases de computadoras (computadoras cuánticas, Por ejemplo). Una computadora basada en ADN es una posibilidad.

“Creemos que una vez que se tienen datos en el ADN, podemos usar enzimas y otras moléculas de ADN para calcular esos datos”, dice Park, “y esa es una manera muy eficiente y extremadamente paralela de calcular esos datos. No será para todas las aplicaciones del día a día ni para todos los problemas computacionales, sino para un conjunto de problemas que se vuelven cada vez más importantes para la sociedad, creemos que el ADN será una excelente manera de abordarlos. él."

Park dice que las computadoras de ADN serían muy adecuadas para problemas en los que se tiene una gran cantidad de datos, pero los cálculos que se necesitan hacer no son demasiado complejos. Como ejemplo, imagina un escenario en el que alguien necesita revisar exabytes de datos del censo.

“Quieres poder buscar rápidamente en todo eso simultáneamente y encontrar los nombres de las personas. que cumplen con un determinado conjunto de criterios, como un determinado rango de edad, rango de ingresos o región geográfica”, dijo. dice. “Para hacer eso en una computadora tradicional, para poder revisar todos los exabytes que has acumulado durante décadas, tendrías que volver a leer la cinta magnética. eso ha estado almacenado en frío... luego calcula en bloques que caben en la memoria, y luego en bloques que caben en la unidad de procesamiento, y hazlo en serie manera. Si lo tienes en el ADN, el volumen sería muy pequeño debido a la densidad de información del ADN. y entonces estarías colocando algunas sondas que se unen a la característica que estás buscando. para."

Una revolución en el horizonte

Entonces, ¿cuándo deberías prepararte para desechar tu equipo actual y reemplazarlo con piezas de computadora bioorgánicas? Probablemente no en el corto plazo.

"Creo que en el futuro previsible", dice Park, "el proceso de escritura en el que se convierten datos digitales en ADN se llevará a cabo en instalaciones especializadas". datos de ADN Las instalaciones albergarán los datos basados ​​en el ADN, a los que las personas podrán acceder como lo harían con un servidor tradicional, aunque sugiere que las personas podrían obtener copias de sus datos en las pruebas. tubos.

Por ahora, no es probable que el almacenamiento y la informática basados ​​en el ADN sean una parte notable de la vida cotidiana, pero sí algo que podría tener un enorme impacto en la visión general de la humanidad.