Hay una película completa en el genoma de las bacterias.

El ADN es un medio de almacenamiento con propiedades extraordinarias. La información está contenida en la secuencia de cuatro bloques de construcción, lo que da como resultado una densidad que deja muy atrás a cualquier disco duro: matemáticamente, toda la base de datos digital de la humanidad cabe en unos pocos kilogramos de material genético. A esto se suma la durabilidad, porque el ADN legible se puede obtener de los huesos incluso después de decenas de miles de años, mientras que las cintas magnéticas quedan inutilizables después de décadas. Los intentos de almacenar datos en ADN existen desde hace años, pero principalmente con moléculas producidas artificialmente en tubos de ensayo. El camino mucho más difícil conduce a una célula viva, cuyo material genético se copia, repara y transmite constantemente.

Para esta ruta, un equipo de la Facultad de Medicina de Harvard utilizó un sistema en el que las bacterias se desarrollaban por sí mismas. Cuando una célula es atacada por un virus, un par de proteínas llamadas Cas1 y Cas2 cortan una parte de la información genética extraña y la incorporan en una ubicación fija de su propio genoma. Si el ataque se repite, la célula reconoce al intruso. El orden es decisivo para el almacenamiento de datos: siempre se añaden nuevas secciones al principio, de modo que la disposición en el genoma también refleje la secuencia cronológica de los acontecimientos. Esto le permite guardar no sólo lo que se escribió, sino también en qué orden.

Cómo una imagen se convierte en ADN

Los investigadores primero demostraron el proceso en una sola imagen, una representación en blanco y negro de una mano humana. A cada píxel se le asignó una combinación de bloques de construcción de ADN, junto con un marcador que indica la posición en la imagen.

Para la película tradujeron cinco imágenes individuales de una famosa serie de fotografías de un caballo al galope. Durante cinco días consecutivos, a las bacterias se les dio una imagen como porción de ADN para que las células incorporaran las imágenes a su genoma una tras otra. Luego, los cultivos continuaron creciendo, se dividieron varias veces y solo entonces se secuenció su genoma. Las imágenes pudieron reconstruirse a partir de las secciones leídas, incluido el orden correcto, como informa la Universidad de Harvard sobre el experimento. La precisión fue de alrededor del 90 por ciento.

Por qué las células deberían convertirse en dispositivos de grabación

Por más espectacular que parezca la película, el objetivo real es diferente. Los investigadores quieren que las células registren su propia historia. Una célula nerviosa en el cerebro en desarrollo pasa por una secuencia de estados que hasta ahora sólo era posible observar extrayendo y examinando el tejido en un momento específico. Esto le brinda instantáneas, pero no historial. Si, por el contrario, una célula pudiera escribir cada cambio en su propio genoma, todo el proceso podría leerse posteriormente en un solo paso sin alterar el sistema. También sería posible que las bacterias pudieran registrar en el suelo o en el agua a qué sustancias estuvieron expuestas durante semanas.

Lo que el proceso aún no logra

El enfoque está lejos de ser un sistema práctico de almacenamiento de datos. La cantidad de información registrada es pequeña, se necesitan días para escribirla y los datos no se encuentran en una sola celda, sino que se distribuyen en toda una población, por lo que sólo la evaluación de muchas bacterias ofrece una imagen completa. Una precisión de alrededor del 90 por ciento tampoco sería suficiente para fines de archivo. Por lo tanto, el valor del experimento reside en la demostración del principio: una célula viva puede absorber de forma estable cualquier información especificada externamente, transmitirla de generación en generación y luego liberarla de nuevo. La medición de la débil radiación del propio cuerpo humano muestra también que, si el método es correcto, también se pueden leer señales extremadamente débiles en el material biológico.

Un recuerdo que se multiplica

La diferencia con cualquier soporte de datos técnicos sigue siendo notable. Se debe copiar un disco duro para conservarlo; un cultivo bacteriano se copia a sí mismo, millones de veces, sin electricidad y sin mantenimiento, siempre que reciba nutrientes. Lo que hay en su composición genética se multiplica con cada división celular. Un caballo al galope de la década de 1870 que continúa corriendo en un cultivo bacteriano hoy en día es menos un truco que una prueba de que la información y la vida pueden utilizar el mismo medio.

Naturaleza, codificación CRISPR-Cas de una película digital en los genomas de una población de bacterias vivas; doi:10.1038/naturaleza23017