[Entretien] Cómo el ADN podría ser el almacén de datos del futuro

En un momento en que la miniaturización electrónica parece estar llegando a sus límites, los gigantes de las computadoras están explorando el rastro de las computadoras cuánticas. Sin embargo, sus capacidades son limitadas por el momento y sus necesidades energéticas son pantagruelicas. Desde la década de 1990, los biólogos, genetistas y químicos han desarrollado afortunadamente una alternativa muy prometedora: la Almacenamiento de ADN.

Películas, como El viaje a la luna de George Méliès, ya se han archivado en el famoso ácido desoxirribonucleico, pero sería capaz de mucho más. Hoy, la Académie des Technologies de France asegura que es la mejor solución para satisfacer nuestra glotonería digital. Francois Képès, académico, exdirector de investigación del Instituto de Biología de Sistemas y Síntesis (iSSB) y coautor de un reciente informe de la Academia sobre el tema, nos explicó el principio, los desafíos y los límites de esta revolucionaria biotecnología.

JDG: ¿Cómo podemos almacenar datos digitales en una molécula de ADN?

Francois Képès : El principio es simple. Hay cinco pasos a seguir para almacenar información digital en medios de ADN: codificar, escribir, almacenar, leer y decodificar. Para codificar es necesario traducir un archivo digital, compuesto por una secuencia de 0 y 1 según el lenguaje binario de bits, a una secuencia de ADN, basada en un lenguaje cuaternario correspondiente a los diferentes nucleótidos que lo componen (A, C , G y T). Para tomar un ejemplo, simplemente convierta un par de 00 en una A, 01 en C, 10 en G y 11 en T y su codificación estará lista. Luego, el archivo así traducido al “lenguaje del ADN” debe estar escrito en una molécula de ADN: para ello, se sintetiza una secuencia de nucleótidos que corresponde exactamente a la secuencia digital codificada.

El ADN así producido debe almacenarse y protegerse de sus enemigos naturales para conservarlo a largo plazo. Hoy en día, el mejor método es sin duda el que utiliza la empresa francesa Imagene: consiste en poner ADN en una cápsula de vidrio, a su vez protegida por una cápsula de acero inoxidable con atmósfera neutra. En resumen, debemos evitar que el ADN termine en el agua, frente al oxígeno del aire exterior o de la luz. Esta cápsula tiene solo el tamaño de una batería de botón y 96 de ellas caben en un soporte de plástico en la palma de su mano. Finalmente, para leer y decodificar el ADN, basta con realizar la ruta inversa y decodificar el archivo molecular en un archivo digital convencional, utilizando métodos automatizados.

¿Cuál es el beneficio del almacenamiento de ADN?

La Academia de Tecnologías ha identificado cinco ventajas: la longevidad del medio, la densidad de la información, su independencia de los recursos escasos (a diferencia de la mayoría de los materiales electrónicos), la facilidad con la que se puede copiar y su capacidad de ser destruido fácilmente. y totalmente, si es necesario (a diferencia de los datos digitales). Cuando se almacena a 25 ° C, la vida media del ADN (el tiempo que tarda una sustancia en perder el 50% de su actividad fisiológica) se ha establecido en 52.000 años. En otras palabras, El ADN es una molécula extremadamente estable que abarca decenas de miles de años., si se quita de sus enemigos. Es un excelente medio de almacenamiento.

El almacenamiento de ADN también resolvería un grave problema de consumo de espacio y electricidad, actualmente planteado por el " centros de datos »Utilizado en todo el mundo. Todos los datos digitales creados y almacenados por la humanidad en 2018 son 33 billones de billones de bytes (o 33.000 exabytes). El conjunto de servidores que contienen todos estos datos cubría hoy una millonésima parte de la superficie del planeta. Si nada cambia, para 2040 el territorio ocupado será una milésima. Por supuesto, el progreso aún es posible, pero el margen está bien. El ADN nos parecía la alternativa ideal y más avanzada para afrontar este desafío en ese entonces.

¿Cuántos datos puede contener el ADN?

Bueno, por ejemplo, 33.000 exabytes cabrían, en teoría, en solo 66 gramos de ADN. En realidad, todavía hay una pérdida de densidad: las técnicas de síntesis actuales requieren que cortemos un archivo digital codificado en varios segmentos de secuencia de ADN. Además, es necesario confiar en el volumen real de los envases, que pesan alrededor de 0,08 g por cápsula. Debido a esto, todos los datos del planeta cabrían en una camioneta llena de sus contenedores en miniatura llenos de ADN. Concretamente, en una molécula, un bit se almacenaría en unos 50 átomos, mientras que el almacenamiento magnético tradicional necesita un millón de átomos para almacenar un solo bit.

¿Qué progreso podemos esperar de esta tecnología en los próximos años?

La ley de Moore, que ha sido muy contundente en los últimos años, predijo una velocidad de progreso de la computadora (la rentabilidad de la cinta magnética y la reducción del tamaño de los transistores) de un factor de dos cada dos años. Mientras tanto, el campo del almacenamiento de ADN avanza en un factor de dos cada seis meses. Su tasa de mejora es exponencial. Y, a diferencia de los avances en informática, el progreso en el almacenamiento de ADN no está a punto de detenerse.. Este enfoque terminará compitiendo seriamente con la cinta magnética, la columna vertebral de los servidores actuales.

Como conclusión de nuestro informe, vemos dos resultados económicos importantes. Por un lado, en cinco a diez años, el almacenamiento de ADN debería conquistar tres nichos de mercado: el sector del archivo cultural, para la conservación de películas y música; el de los datos científicos, como los 100 petabytes de datos acumulados por el CERN (Consejo Europeo de Investigación Nuclear) sobre física nuclear, por ejemplo; y el área de la información sensible y confidencial, que necesita ser reproducida de manera fácil y discreta, pero también debe ser destruida sin dejar rastro. Por otro lado, para 2040, el almacenamiento de ADN podría convertirse en la tecnología de archivo a largo plazo para mercados más globales como el almacenamiento de datos para redes sociales o para grandes bibliotecas públicas.

¿Qué obstáculos podrían evitar que el ADN se convierta en el servidor del futuro?

Nuestro grupo de trabajo en la Academia entrevistó a 26 personalidades del sector, provenientes de 10 países diferentes. Y lo que más limita, según ellos, es en última instancia la lectura y escritura del ADN. Según nuestros cálculos, la tecnología debería mejorarse en un factor de mil por el coste de la lectura de ADN y en cien millones por el de la velocidad de escritura. Empresas como Microsoft ya está trabajando en prototipos que ya son capaces de almacenar 1 GB de datos en DNA y pronto para optimizar aún más sus operaciones. Para 2024, dependiendo de la tasa exponencial de progreso en el almacenamiento de ADN, sería posible archivar (y desarchivar a voluntad) 1 TB en 24 horas a un costo de alrededor de mil dólares. Inicialmente, en los próximos años, el almacenamiento de ADN se utilizará principalmente para "Almacenamiento en frio", el almacenamiento de datos fríos, que no se pueden tocar después de haberlos archivado.

¿Tiene algo que ver el hecho de que el ADN sea el soporte universal de la vida?

Si existe un vínculo entre la necesidad tecnológica y la naturaleza hereditaria del ADN, es la obsolescencia. Mientras haya vida y una "tecnología de la vida", la medicina, seremos capaces de leer y escribir ADN. Esta ventaja es única. El ADN siempre será un estándar tecnológico disponible. Aunque se utiliza principalmente fuera de los organismos vivos, debe tenerse en cuenta que Si esta tecnología se utiliza en organismos vivos, puede plantear problemas no solo técnicos sino éticos.. Algunos laboratorios ya han intentado almacenar grandes cantidades de datos distribuidos en el ADN contenido en células vivas. Existe la probabilidad de que la célula lo utilice, accidentalmente, y en cuyo caso, no se puede predecir su efecto biológico. Además, a la inversa, otras empresas no utilizan ADN pero otras polímeros "digitales" - cuyos monómeros también pueden traducirse en bits - más maleable químicamente. Sin embargo, sus aplicaciones no tienen el avance y el potencial del que goza el almacenamiento de ADN.