'Cinta de casete' de ADN: almacena petabytes y dura milenios

Película de plástico, ADN impreso y una unidad retro: el nuevo prototipo

En un laboratorio de China, los investigadores han unido dos eras muy diferentes de la tecnología de la información: la memoria molecular del ADN y la conveniencia mecánica de una cinta de casete. El equipo imprimió hebras cortas de ADN sintético sobre una película flexible de poliéster y nailon, enrolló la tira en un cartucho y construyó una pequeña unidad capaz de escanear pistas con códigos de barras, sumergir un punto en una solución y recuperar el ADN para su secuenciación y posterior decodificación en archivos.

El resultado es una prueba de concepto funcional que los investigadores describen como una "cinta de casete compacta para el almacenamiento de datos basado en ADN". El experimento demuestra que el ADN puede organizarse en un medio largo y direccionable, y acceder a él mediante movimientos automatizados similares a los de un casete, en lugar de almacenar el ADN únicamente en tubos o viales; un paso que, según los autores, facilita el uso del medio como sistema de archivos.

Cómo el sistema codifica, protege y localiza archivos

El proceso sigue un patrón familiar de otros trabajos de almacenamiento de ADN: un archivo digital se traduce en secuencias de las cuatro "letras" de los nucleótidos (A, T, C y G); esas secuencias sintéticas se depositan como minúsculas gotas en compartimentos microscópicos marcados con códigos de barras en la tira; y una cubierta protectora —un recubrimiento cristalino metal-orgánico— preserva las frágiles moléculas hasta que son necesarias. Para leer un archivo, la unidad localiza el código de barras, aplica un producto químico suave para liberar las hebras de ese compartimento, las introduce en un secuenciador y traduce las llamadas de bases resultantes en bits y bytes.

Esta arquitectura aporta varias ventajas prácticas. Los códigos de barras permiten a la unidad localizar archivos individuales de forma muy parecida al sistema de indexación de una biblioteca, y el recubrimiento cristalino evita la degradación química del ADN, lo que permite a los investigadores argumentar a favor de largos tiempos de almacenamiento. El prototipo también admite la sobrescritura y la reparación: pueden utilizarse enzimas para eliminar las hebras antiguas y depositar otras nuevas en su lugar, y el equipo demostró pasos sencillos de recuperación y redeposición autónoma dentro de la unidad.

Densidad y longevidad: las cifras principales

Las cifras son llamativas. El equipo informa de una densidad de almacenamiento teórica que, extrapolada, podría alcanzar cientos de petabytes por kilómetro de cinta; cifras que se traducen en decenas de petabytes para un cartucho de 100 metros. Los autores y los medios de comunicación han utilizado comparaciones como "suficiente para albergar miles de millones de canciones" para dar una sensación visceral de la escala. Esas estimaciones de capacidad se basan en el empaquetamiento denso de muchos puntos direccionables y en múltiples copias de cada secuencia para proteger contra la pérdida de datos.

La protección es importante porque la química del ADN se degrada de forma lenta pero constante a temperatura ambiente. Con el armazón de estructura metal-orgánica de tipo zeolita imidazolato (ZIF) o similar utilizado en el prototipo, el equipo proyecta vidas útiles del orden de siglos a temperatura ambiente. En almacenamiento en frío —por ejemplo, cerca de los 0 °C—, la tasa de degradación se ralentiza drásticamente, y algunos informes públicos describieron extrapolaciones que implican una preservación del orden de miles a decenas de miles de años en condiciones de frío intenso. Esas cifras más elevadas deben interpretarse como proyecciones basadas en modelos más que como resultados medidos: proceden de la aplicación de las matemáticas estándar de degradación química a las pruebas de envejecimiento acelerado y estabilidad que realizaron los autores.

Rendimiento del prototipo: prueba frente a producción

Importantes matices separan las cifras de capacidad y vida útil (ideales para la prensa) de la realidad práctica. El dispositivo es una demostración de laboratorio, no un producto comercial. En los experimentos del equipo, el sistema escribió y recuperó archivos de prueba modestos —del orden de unos pocos cientos de kilobytes— y cada ciclo completo de escritura-lectura-reescritura llevó de muchos minutos a horas, principalmente porque los pasos químicos que crean y leen el ADN siguen siendo lentos y costosos. Los informes independientes del estudio resumieron una primera demostración que almacenaba un único archivo de unos 156,6 KB y describieron ciclos completos que duraban entre decenas de minutos y más de una hora antes de las optimizaciones. Esas velocidades significan que el prototipo escribe datos, en el mejor de los casos, en un régimen de kilobytes por hora, mucho más lento que cualquier disco duro o biblioteca de cintas convencional.

En otras palabras, el sistema destaca actualmente por su densidad y durabilidad en principio, no por su rendimiento de transferencia. Las partes mecánicas de la unidad —el escáner de códigos de barras y el manejo de la cinta— pueden realizar búsquedas muy rápidamente a lo largo de la tira, pero los cuellos de botella son moleculares: la síntesis de secuencias de ADN a medida (escritura) y su secuenciación para convertirlas de nuevo en bits digitales (lectura) siguen siendo órdenes de magnitud más lentas y costosas que las operaciones de almacenamiento basadas en silicio.

Dónde encaja esto en el ecosistema de almacenamiento

Los investigadores plantean el casete de ADN como un puente potencial entre el almacenamiento de archivos "frío" —archivos a los que se accede raramente pero que se desea conservar durante décadas o siglos— y el almacenamiento "templado" que se lee o actualiza ocasionalmente. Si los costes de síntesis y secuenciación bajan y la velocidad mejora, una cinta de ADN direccionable podría situarse de forma plausible en grandes bibliotecas junto a los cartuchos de cinta magnética, ofreciendo un medio de muy bajo consumo y a largo plazo para el patrimonio cultural y científico del mundo. Por ahora, la tecnología parece más relevante para instituciones que valoran la longevidad por encima de la velocidad de acceso inmediato: museos, archivos nacionales y ciertos conjuntos de datos científicos.

Expertos no implicados en el estudio advierten de que será necesario un rápido progreso en la síntesis y secuenciación del ADN antes de que la idea sea práctica. La automatización de los flujos de trabajo moleculares —el principal avance en este caso— es un gran paso, pero no cambia la economía fundamental de la noche a la mañana. Por estas razones, tanto el equipo como los comentaristas externos describen el trabajo como una importante tecnología de plataforma más que como un sustituto a corto plazo de los discos duros o los centros de datos en la nube.

Obstáculos prácticos y próximos pasos

• Velocidad y coste: El ADN sintético sigue siendo caro de fabricar y lento de producir a gran escala. Hasta que eso cambie, el medio será adecuado para el uso de archivo en lugar del almacenamiento diario de gran volumen.
• Estandarización: El uso generalizado requerirá formatos acordados y unidades compatibles entre sí para que un cartucho de ADN fabricado hoy pueda leerse dentro de décadas.
• Validación de la longevidad: Las afirmaciones sobre la preservación a escala milenaria dependen de modelos de degradación y pruebas aceleradas; se necesitan experimentos en tiempo real más largos y protocolos estandarizados de envejecimiento acelerado para confiar en la retención multimilenaria.
• Política y bioseguridad: Almacenar datos arbitrarios en forma de ADN plantea cuestiones de gobernanza obvias sobre la supervisión, la procedencia y la línea divisoria entre hebras sintéticas benignas y agentes biológicos; esas conversaciones tendrán que producirse en paralelo al desarrollo técnico.

El proyecto del casete de ADN es representativo de una tendencia mayor: los ingenieros toman prestadas cada vez más soluciones biológicas para resolver problemas de tecnología de la información. La densidad nativa del ADN y su estabilidad sin consumo de energía (una vez escrito y sellado) lo convierten en un candidato atractivo para archivos de larga duración; el formato de casete proporciona una interfaz mecánica familiar y de bajo consumo que algún día podría integrarse en ecosistemas similares a bibliotecas para la custodia de datos.

Por ahora, el nuevo dispositivo debe interpretarse como una demostración sorprendente con puntos fuertes y límites claros. Muestra que el ADN direccionable impreso en una tira portátil puede localizarse, leerse, modificarse y sellarse de nuevo —un sistema de archivos molecular en miniatura—, pero también pone de relieve la difícil química que limita la velocidad y que debe resolverse antes de que el almacenamiento de ADN pase de ser una curiosidad de laboratorio a una infraestructura. Los próximos años determinarán si una síntesis más rápida, una secuenciación más barata y unos estándares robustos convierten la idea en una opción práctica para almacenar los archivos más valiosos de la humanidad.

Fuentes

• Science Advances (artículo de investigación: "A compact cassette tape for DNA‑based data storage", DOI: 10.1126/sciadv.ady3406)
• Southern University of Science and Technology (líder del grupo de investigación: Xingyu Jiang; instituciones correspondientes)
• Shanghai Jiao Tong University (laboratorio colaborador)