Por primera vez en el mundo, una ‘cámara biológica’ evita las limitaciones de los métodos actuales de almacenamiento de ADN, aprovechando las células vivas y sus mecanismos biológicos inherentes para codificar y almacenar datos. Esto representa un avance significativo en la codificación y almacenamiento de imágenes directamente dentro del ADN, creando un nuevo modelo para el almacenamiento de información que recuerda a una cámara digital.

Dirigido por el Investigador Principal, el Profesor Asociado Chueh Loo Poh de la Facultad de Diseño e Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur, y la Biología Sintética para la Innovación Clínica y Tecnológica (SynCTI) de la NUS, los hallazgos del equipo, que potencialmente podrían sacudir el almacenamiento de datos industria, se publicaron en Nature Communications el 3 de julio de 2023.

Un nuevo paradigma para abordar la sobrecarga global de datos

A medida que el mundo continúa generando datos a un ritmo sin precedentes, los datos se consideran la « moneda » del siglo XXI. Estimado en 33 ZB en 2018, se ha pronosticado que Global Datasphere alcanzará los 175 ZB para 2025. Eso ha provocado la búsqueda de una alternativa de almacenamiento que pueda trascender los límites del almacenamiento de datos convencional y abordar el impacto ambiental de los recursos intensivos. centros de datos

Solo recientemente ha llamado la atención la idea de utilizar el ADN para almacenar otro tipo de información, como imágenes y videos. Esto se debe a la excepcional capacidad de almacenamiento, la estabilidad y la relevancia de larga data del ADN como medio para el almacenamiento de información.

« Nos enfrentamos a una sobrecarga de datos inminente. El ADN, el biomaterial clave de todos los seres vivos de la Tierra, almacena información genética que codifica una serie de proteínas responsables de diversas funciones vitales. Para ponerlo en perspectiva, un solo gramo de ADN puede contener más de 215.000 terabytes de datos, lo que equivale a almacenar 45 millones de DVD combinados », dijo el profesor asociado Poh.

« El ADN también es fácil de manipular con las herramientas de biología molecular actuales, se puede almacenar en varias formas a temperatura ambiente y es tan duradero que puede durar siglos », dice Cheng Kai Lim, un estudiante graduado que trabaja con Assoc Prof Poh.

A pesar de su inmenso potencial, la investigación actual sobre almacenamiento de ADN se centra en sintetizar hebras de ADN fuera de las células. Este proceso es costoso y depende de instrumentos complejos, que también son propensos a errores.

Para superar este cuello de botella, el profesor asociado Poh y su equipo recurrieron a las células vivas, que contienen una gran cantidad de ADN que puede actuar como un « banco de datos », eludiendo la necesidad de sintetizar el material genético externamente.

A través de puro ingenio e ingeniería inteligente, el equipo desarrolló ‘BacCam’, un sistema novedoso que combina varias técnicas biológicas y digitales para emular las funciones de una cámara digital utilizando componentes biológicos.

« Imagínese el ADN dentro de una célula como una película fotográfica sin revelar », explicó el profesor asociado Poh. « Usando optogenética, una técnica que controla la actividad de las células con luz similar al mecanismo del obturador de una cámara, logramos capturar ‘imágenes’ imprimiendo señales de luz en la ‘película’ de ADN ».

A continuación, utilizando técnicas de códigos de barras similares al etiquetado fotográfico, los investigadores marcaron las imágenes capturadas para una identificación única. Se emplearon algoritmos de aprendizaje automático para organizar, ordenar y reconstruir las imágenes almacenadas. Estos constituyen la ‘cámara biológica’, que refleja los procesos de captura, almacenamiento y recuperación de datos de una cámara digital.

El estudio mostró la capacidad de la cámara para capturar y almacenar múltiples imágenes simultáneamente usando diferentes colores de luz. Más importante aún, en comparación con los métodos anteriores de almacenamiento de datos de ADN, el sistema innovador del equipo es fácilmente reproducible y escalable.

« A medida que ampliamos los límites del almacenamiento de datos de ADN, existe un interés creciente en unir la interfaz entre los sistemas biológicos y digitales », dijo el profesor asociado Poh.

« Nuestro método representa un hito importante en la integración de sistemas biológicos con dispositivos digitales. Al aprovechar el poder del ADN y los circuitos optogenéticos, hemos creado la primera ‘cámara digital viva’, que ofrece un enfoque rentable y eficiente para el almacenamiento de datos de ADN. « Nuestro trabajo no solo explora más aplicaciones de almacenamiento de datos de ADN, sino que también rediseña las tecnologías de captura de datos existentes en un marco biológico. Esperamos que esto siente las bases para la innovación continua en el registro y almacenamiento de información ».