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多enunfuturopodremosllevartodalaBiblioteca BritAnica, la mUsica grabada en el Ultimo siglo y el archivo de nuestra vida en un solo dispositivo? por Miryam Audiffred visita quo.mx 69
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o es una biblioteca sino un laboratorio y un centro de investigación. Sin embar go, el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard resguarda 70,000 millones de copias del libro Regenesis, escrito por Ed Regis y George Church. Los ejempla res no llenan los cuartos ni cubren por completo las paredes del gigantesco edi ficio de cristal que, ubicado en Boston, Estados Unidos, es sede de uno de los centros más innovadores en materia de ingeniería biológica. En realidad, los miles de millones de copias de ese libro con más de 53,000 palabras, 11 fotografías y un programa de computación, están reuni dos en un tubo plástico que apenas supera el tamaño del dedo meñi que y pesa poco menos que un bolígrafo. No es broma. Basta ver con cuidado el tubo para notar que contiene una pequeñísima placa de vidrio en la que 5.27 megabytes de información, que conforman cada ejemplar, se miran como delgadas líneas grabadas en su superficie. El científico Sriram Kosuri explica que el chip que está en el Instituto Wyss no es igual al que usamos en los celulares y las tarjetas de crédito. “Es un chip de ADN —dice en entrevista—. Es el típico chip que utilizamos para analizar información genética”. Kosuri es parte de un equipo científico que decidió lanzarse a la aventura de explorar la posibilidad de utilizar el ácido desoxirribonucleico (ADN) para almacenar información. Lo que significa que, en el futuro, podríamos tener archivos y bibliotecas enteras en un solo cajón del escritorio. El ADN contiene las instrucciones genéticas de todos los organismos vivos y es responsable de su transmisión hereditaria. Entonces, ¿cómo se le ocu rrió aun grupo de científicos emplear sus moléculas para guardar datos que nada tienen que ver con nuestra biología?
“El ser humano está llegando al límite de su capacidad para alma cenar información —aclara Kosuri—. Es momento de pensar en nuevas formas de almacenamiento, y el ADN parece ser un excelente medio porque es estable, compacto y ha existido por millones de años.” En principio, está claro que el ADN es un medio de almacena miento realmente compacto, pues 5.27 megabytes de información se pueden resguardar en un chip de ADN del tamaño de un mosquito. También se tiene la certeza de que es muy durable; hallazgos recien tes indican que puede durar decenas de miles de años.
Un millón de CD
El grupo de científicos integrado por Sriram Kosuri, George Church y Yuan Gao no es el único que analiza las posibilidades del ADN como medio de almacenamiento. Del otro lado del Atlántico, en el Instituto Europeo de Bioinformática, otro equipo de expertos trabaja en un método para almacenar al menos 100 millones de horas de video de alta definición en una “copa de ADN”. Para entender esto, hay que aclarar que las moléculas sintéticas de ADN parecen polvo. El biólogo molecular Nick Goldman es uno de los líderes de este grupo. En entrevista, explica que hasta el momento han logrado aplicar con éxito una metodología para almacenar 739 kilobytes en moléculas sintéticas de ADN. Guardaron los 154 sonetos de William Shakespeare que estaban en formato de texto, una fotografía a color del instituto en el que trabajan (en formato JPG), un documento cien tífico en PDF, 26 segundos del famoso discurso de Martin Luther King, “Yo tengo un sueño”, y el códi go o algoritmo que usaron en sus investigaciones. ¿La meta? “Crear un sistema que nos permita alma cenar de manera segura el equivalente de un millón de CD en un gramo de ADN”, destaca. Goldman cuenta que la idea de codificar infor mación en ADN sintético surgió hace tres años en una plática informal con su colega Ewan Birney. “En el instituto donde trabajo somos responsables de crear, archivar y de poner a disposición del mundo numerosas bases de datos biológicos, como secuencias genéticas, pero el archivo ha ido creciendo exponencialmente y su adminis tración es cada vez más difícil en términos de almacenaje y recursos económicos”. Así que un día, estando ambos científicos en un bar, comenzaron a plantear posibles soluciones a su problema de almacenamien to. Entre trago y trago se dieron cuenta de que el ADN es el medio más eficiente que existe en el universo para almacenar informa ción. Y se pusieron a trabajar. Las revelaciones de sus estudios coin cidieron con la celebración del aniversario número 60 del descubrimiento de la estruc tura del ADN, en el laboratorio Cavendish, en Cambridge, Inglaterra. Corría el mes de febrero de 1953, cuando el biólogo molecular inglés Francis Crick y el biólogo estadounidense James Watson descubrieron que en los seres vivos el ADN no existe de forma individual, sino como una pareja de moléculas estrechamente asociadas
Hasta 10,000 años podría perdurar la información almacenada.
Un reto tecnológico es crear dispositivos durables y accesibles.
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Una hélice con historia Hace 60 años se abrió la puerta para conocer más una estructura inspiradora.
20 de septiembre de 1952
Alfred Hershey y Martha Chase concluyen que el ADN contiene las instrucciones genéticas.
Mayo de 1950
Maurice Wilkins y Rosalind Franklin describen la estructura de doble hélice del ADN.
25 abril de 1953
Watson y Crick proponen la doble hélice para representar la estructura tridimensional del ADN.
Diciembre de 1962
La estructura del ADN inspira la creación de revolucionarias formas de almacenamiento.
que se enroscan sobre sí mismas formando una especie de escalera de caracol que se conoce como estructura de doble hélice. Sus resultados fueron publicados en la revis ta Nature el 25 de abril de ese mismo año. Para entender su composición química, hay que ima ginar el ADN como una cadena en la que cada eslabón cuenta con una base nitrogenada, que puede ser A (adeni na), T (timina), C (citosina) o G (guanina), y que se combi na de distintas formas para determinar las características genéticas de un individuo. Por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC… Esta estructura, basada en la combinación de A, T, C y G, es el punto de partida de los experimentos que rea lizan ambos equipos que buscan crear el dispositivo más pequeño, durable, seguro y con una capacidad de alma cenamiento ilimitada.
Watson, Crick y Wilkins reciben el Premio Nobel de Fisiología por sus descubrimientos.
Si se piensa, por ejemplo, en las investigaciones rea lizadas por el Instituto Wyss de Harvard, los científicos tomaron el código binario de 1 y 0 —que se usa en las com putadoras— para convertir todos los archivos de datos. Después, transformaron esa información en una secuencia de ADN. Esto significa que a cada 1 y a cada 0 se le otorgó una de las cuatro bases que forman el ADN: A o C para el 0, y G o T para el 1. En palabras de Kosuri, lo que hicieron fue una representación en código ADN de la secuencia digital. “Después usamos una impresora de ADN —la misma que ocupamos para analizar el genoma humano— para impri mir la información en un chip”. El equipo de Nick Goldman, por su parte, también aplicó el código binario en la fase inicial, pero al convertir esos datos en secuencia de ADN utilizó un algoritmo.
1 octubre de 1990
Crean el Proyecto Genoma Humano con una inversión de 280 millones de dólares.
14 abril de 2003
Se anuncia la culminación exitosa del Proyecto Genoma Humano, dos años antes de lo previsto.
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¿Y qué tan precisa fue la lectura de dicha información? “El margen de error es de 1 en 1,000 —comenta Goldman—. Lo que está bien, pero no es suficientemente bueno si quieres guardar los sonetos de Shakespeare. Así que el siguiente paso es perfeccionar dicho código y explorar aspectos más prácticos con el objetivo de conformar un modelo de almacenamiento en ADN que sea comercialmente viable”. A decir de Goldman, el proceso que utilizaron para leer —o para recuperar la información— es igual al que se usa para analizar el genoma humano. “Quisimos que nuestro trabajo siguiera los están dares de protocolo para que cualquiera en este laboratorio, o fuera de él, pudiera sentirse cómodo analizando el proceso”. En cuanto a la escritura, explica que trabajaron con la compañía Agilent Technologies, una de las líderes en producción de equipo de impresión de laboratorio. Se trata de impresoras que usan solu ciones químicas (en este caso los cuatro componentes básicos del ADN) que son depositados con gran precisión en un portaobjetos de vidrio muy parecido al que se ocupa en los microscopios.
Un mundo de información
En los laboratorios de Estados Unidos y de Inglaterra, se tiene la certeza de que nos acercamos con rapidez a los límites de almacena miento. Pero, ¿cuánta información producimos los seres humanos? ¿Cuántos datos hay guardados en los servidores, archivos y bibliotecas del mundo? ¿Cuánto material hay en CD, DVD, USB y en “la nube”? El científico Sriram Kosuri asegura que es alrededor de 2 zetta bytes. Lo que equivale a algo así como 1,000 millones de discos duros. “El problema —continúa Kosuri— es que la información se está incrementando a un ritmo increíblemente rápido. Al grado que los futuristas estiman que para 2015 los 2 zettabytes que existen se habrán de convertir en 50 zetabbytes. Y tendremos que guardar toda esa información en alguna parte”. Según las estadísticas, en lo que va de 2013 se han publicado 800,000 nuevos títulos en el mundo y están en circulación 483 millones de periódicos. Además, cada día subimos un promedio de 300 millones de fotografías a Facebook, cinco millo nes a Instagram y 4.5 millones a Flickr; compartimos 500 millones de tweets y escribimos 2,500 millones de comenta rios en Facebook. Por si esto fuera poco, cada minuto subimos 72 horas de video a YouTube, creamos 571 sitios de internet y escribimos 347 entradas de blog. kilobytes, hasta ahora, se Nuestra producción de contenido es han logrado imparable. Generamos tanta información almacenar en que, literalmente, podríamos nadar en moléculas sintéticas ella. Así lo demostró el artista Erik Kessels de ADN. a finales de 2011, cuando su instalación “Fotografía en abundancia” inundó de imágenes las salas del museo FOAM de Ámsterdam. Su proyecto consistió en imprimir todas las fotos que fueron subidas a Flickr en un periodo de 24 horas, para exhibirlas en la galería holandesa. Las imágenes no se colgaron en las paredes, sino que se distribuyeron en el suelo para formar mon tañas en las que podían verse múltiples rostros y paisajes. De acuerdo con un estudio realizado por Martin Hilbert, de la Universidad del Sur de California, si reuniéramos toda la informa ción que está almacenada en el mundo podríamos cubrir por com pleto el territorio de Estados Unidos o China con 13 capas de libros.
El material genético se coloca en una solución especial para estudiarlo.
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Imagen de una secuencia de ADN analizada por un investigador.
¿Cuántos años tenían Crick y Watson cuando describieron la esctructura del ADN? Crick tenía 36 y Watson, 25.
En una década esta tecnología podría ser accesible.
Economista y experto en ciencias sociales, nos dice que la revolución informativa está demandan do una transformación en los medios que usamos para almacenar datos. En el año 2000, cerca de 75% de la informa ción mundial estaba almacenada en un medio de formato análogo; para 2007, un 94% de todos nuestros datos se guardó en un medio digital. En las bibliotecas más grandes del mundo, como la Biblioteca Británica y la Biblioteca del Congreso de Estados Unidos, se puede ver con claridad el resultado de este crecimiento. En la Biblioteca Británica, por ejemplo, cada año se llenan 9.6 kilómetros adicionales de estantería con el contenido que sus directivos van adquiriendo, como mapas, manuscritos, revistas, periódicos y copias de los nuevos libros que son publicados en el Reino Unido e Irlanda. La colección actual de esta biblioteca asciende a 150 millones de objetos y, por eso, cada vez que se suman nuevos ejemplares, uno no puede dejar de preguntarse hasta cuándo tendrá espacio físico y digital para albergar información. Sobre todo ahora que, desde abril, la biblioteca ha comenzado a guardar una copia de
Célebre hallazgo
Se dice que la era moderna de la biología comenzó hace seis décadas, justo el 25 de abril de 1953, con la publicación de un artículo en la revista Nature. Los autores eran dos jóvenes biólogos, el inglés Francis Crick y el estadounidense James Watson, quienes después de años de trabajo lograron descifrar uno de los enigmas en los seres vivos: la estructura del material genético. Ellos descubrieron que el ADN no existe como molécula individual, sino como una pareja de moléculas estrechamente asociadas que se enroscan sobre sí mismas formando una especie de escalera de caracol, conocida como doble hélice. La estructura, dijeron los científicos, sugiere que los pares pueden separarse y replicarse, pasando así la información genéticas de las células viejas a las células nuevas. “Hemos descubierto el secreto de la vida”, explicó Crick en una carta manuscrita que envió a su hijo Michael, de 12 años.
todos los libros electrónicos, blogs, newsletters y sitios de internet que terminen en .uk para pre servar, así, la “memoria digital”.
¿Archivos en nuestra mano?
Empresas como Microsoft e IBM llevan años pre parándose para hacer frente a esta revolución y han construido enormes edificios que son sede de sus centros de datos. Tulip Data City es uno de lo más nuevos e innovadores. Construidas por IBM y la empresa Tulip Telecom, las instalaciones se encuentran en Bangalore, la quinta ciudad más poblada de la India, y tiene 900,000 metros cuadrados de superficie. Lo que significa que es 12 veces más grande que el Taj Mahal. Microsoft, por su parte, abrió en 2007 un gigantesco centro de datos en Quincy Washington que tiene la dimensión de 10 campos de futbol, y está enfocado a fortalecer sus servicios de internet, como Bing y Skype. Pero incrementar cada vez más el tamaño de los sitios de alma cenamiento que hay en el mundo o construir espacios monumenta les —sean archivos, bibliotecas o centros de datos— no es una solu ción viable a largo plazo. Al menos no para los científicos. Sriram Kosuri y Nick Goldman coinciden en que todavía tendrán que pasar varios años, quizá una década, para que la tecnología empleada en la lectura y escritura de ADN sintético baje sus costos y pueda tener un uso generalizado. “A los seres humanos nos llevó tres décadas llegar a este momento —concluye Kosuri—. Pero creo que, por primera vez, estamos ante un medio de almacenamiento que no habrá de volverse obsoleto con el paso del tiempo y que, además, puede conservarse con facilidad.” Una ventaja más es que mientras muchos otros medios de alma cenamiento requieren estrictos controles de temperatura, el ADN sintético es estable a temperatura ambiente. Por lo pronto, los equipos que se usan para leer y escribir en ADN sintético se desarrollan a un ritmo distinto. La lectura está mejorando constantemente y el proceso es cada vez más rápido. En cambio, escribir sigue llevando bastante tiempo y la tecnología va mejorando a un ritmo mucho más lento. A pesar de las numerosas ventajas que ofrece esta nueva forma de almacenamiento hay ciertas desventajas, como el hecho de que los datos incluidos en los chips de ADN no pueden leerse por par tes. O que una vez codificada en ADN, la información no se puede reescribir. Lo que invita a pensar que —al menos por ahora— la tecnología es muy atractiva para almacenar información que no se emplea con mucha frecuencia. ¿Acaso llegará el día en que podamos guardar nuestros archi vos y bibliotecas en nuestra propio cuerpo? “No —responde Nick Goldman—. Si te refieres a incorporar esta información codificada en nuestro propio genoma para que pase automáticamente a nues tros descendientes con el material genético, definitivamente no. El simple hecho de querer hacer un experimento de esta naturaleza atentaría contra toda ética”. Pero sí es posible que en el futuro podamos cargar bibliotecas y archivos enteros en un medallón o en un anillo, o que los chips de ADN, repletos de nuestros libros, películas y fotografías favoritos, viajen con nosotros a todas partes, escondidos bajo las uñas o deba jo de la capa más superficial de nuestra piel. visita quo.mx 73