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, y esto se traduce en 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 el 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 este viaje, un equipo de la Facultad de Medicina de Harvard utilizó un sistema desarrollado por las propias bacterias. 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 posición fija en su propio genoma. Si el ataque se repite, la célula reconoce al intruso. El orden es crucial 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 componentes básicos de ADN, junto con un marcador que indica su ubicación 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 a modo de fragmento de ADN para que las células incorporaran las imágenes una tras otra a su genoma. Luego, los cultivos continuaron creciendo, se dividieron varias veces y solo entonces se secuenció su genoma. Las imágenes podrían reconstruirse a partir de las secciones leídas, incluido el orden correcto, como informa la Universidad de Harvard sobre el experimento. La precisión fue de aproximadamente el 90%.

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 podían observarse extrayendo y examinando tejido en un momento determinado. Esto le brinda instantáneas, pero no historial. Si, por otro lado, una célula pudiera escribir cada cambio en su genoma, todo el proceso podría leerse en una sola pasada sin alterar el sistema. También sería posible que las bacterias pudieran registrar en el suelo o en el agua a qué sustancias han estado expuestas durante semanas.

Lo que el proceso aún no ha logrado

El enfoque está lejos de ser un sistema práctico de almacenamiento de datos. La cantidad de información registrada es mínima, se necesitan días para escribirla y los datos no están contenidos en una sola celda sino que se distribuyen en toda una población, razón por la cual sólo la evaluación de muchas bacterias proporciona una imagen completa. Incluso una precisión de alrededor del 90% no 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 específica del exterior, transmitirla de generación en generación y liberarla posteriormente. La medición de la débil radiación del propio cuerpo humano muestra también que, si el método es correcto, es posible leer incluso señales extremadamente débiles del 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 1870 que sigue corriendo en un cultivo bacteriano hoy en día no es tanto un truco como una prueba de que la información y la vida pueden utilizar el mismo medio.

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