Más acá de “las nubes”: almacenamiento de información digital en el ADN biológico, para la preservación a largo plazo

¿Dónde se puede guardar la información digital para no perderla? Esta es una pregunta muy frecuente; se puede escuchar en una gran variedad de escenarios: conversaciones informales respecto a las fotos o videos de familia, talleres de reparación de teléfonos celulares o computadoras en el minuto más desesperanzado, charlas con amigos o colegas, reuniones de negocios o trabajo, cursos académicos… desde ahí, hasta congresos y literatura científica altamente especializados en Preservación Digital (PD) o en subcampos de ingenierías y ciencias de la computación. 

Esa pregunta tan común, tiene toda una relevancia sociológica e histórica también, porque desde “siempre” la humanidad ha podido confiar en que cierta información importante no se iba a perder al estar guardada en medios muy duraderos y seguros. Medios que, en sus inicios, pudieron ser tan sólidos y duraderos como una roca, literalmente hablando. Hasta el día de hoy podemos contar con aquellas inscripciones en piedra, pieles o papiro. Fue con las tecnologías digitales que se vino a romper esta paz; con estas se crean documentos que son de por sí frágiles y vulnerables, además rápidamente pueden quedar obsoletas y sus contenidos tornarse inaccesibles. 

Una prioridad planteada en los primeros años de desarrollo de la PD era la necesidad de aumentar la durabilidad de los soportes digitales. Esto seguía la idea que había llevado siglos de desarrollo de prácticas y teorías de la conservación documental de que, si el soporte duraba, la información contenida también lo haría. Desde el gremio se deseaba que los discos digitales de almacenamiento funcionaran como la piedra, el papiro, las pieles o el papel neutro. 

Pero el soporte duradero no llegó… no ha llegado aún y quién sabe si llegará. Mientras, la sociedad seguía urgida de soluciones para garantizar que la información digital producida, en espacios tales como la defensa, el sistema jurídico, el sistema de salud, los bancos, así como el gobierno y la administración, se mantuviera disponible de manera auténtica y confiable. Entonces, las soluciones de la PD tuvieron que distanciarse esencialmente de la durabilidad del soporte y, en términos del atletismo, se empezó más a organizar una carrera de relevos cortos que una maratón: la solución no es tanto un único soporte muy duradero, sino un complejo de copias o migraciones controladas y confiables de unos a otros sistemas, de unos a otros medios.  

Aun así, el almacenamiento de la información es un proceso fundamental, que ha sido incluido dentro de la Norma Internacional más aceptada para la PD como una de sus entidades funcionales. (OAIS, 2012: 4-2) A la variable durabilidad, que no deja de tenerse en cuenta, se pueden sumar muchas otras relevantes según sea el caso, tales como la capacidad de almacenamiento neto, la densidad (cantidad de bits por unidad de volumen físico), las velocidades de acceso y de trabajo, el costo energético de mantener una información almacenada y su capacidad de retención (tiempo que la información permanece disponible), pues la información digital ahora se produce con otras características insoslayables: son enormes volúmenes no tratados que se incrementan de manera exponencial. Varios autores procedentes del campo de la PD han llegado a un conjunto consensuado de los criterios fundamentales para seleccionar un sistema de almacenamiento.1 La Digital Preservation Coalition brinda también un conjunto de principios concretos a tener en cuenta para seleccionar tal almacenamiento.2 Con el auxilio de estos criterios y principios producidos por la comunidad de PD, es posible tener una guía para responder a la pregunta de cómo debe ser el sistema de almacenamiento que debemos seleccionar en una institución.  

Hoy en día, si se tienen los recursos para poder escoger, la solución está, grosso modo, entre decidirse por una infraestructura de hardware de almacenamiento propio local, o por una infraestructura en las llamadas “nubes”, o lo que es más común y conveniente: por ambos a la vez, con funciones diferentes o redundantes para cada uno. Aunque se suele hablar de “la nube” en singular, en realidad al referirnos a la nube nos estamos refiriendo tecnológicamente a todo un conjunto de tecnologías. La nube es “un amplio rango de infraestructuras y servicios distribuidos por una red (típicamente la internet) que son escalables en demanda y que están diseñados para soportar la gestión de grandes volúmenes de materiales digitales”.3 Cada día es más imposible obviar a “las nubes” como infraestructura para la preservación de documentos digitales, tanto a nivel personal como institucional. En clave esnobista, estas vienen siendo ahora mismo “lo último”; o perdón, más bien lo penúltimo…  

Porque lo último es nada más y nada menos que una sustancia ampliamente conocida, ya famosa: el ADN, Ácido Desoxirribonucleico, sustancia que todos llevamos en nuestros genes (y otros lares) y que llega para probar que, si la esperanza es lo último que se pierde, en el caso de la durabilidad de los medios de almacenamiento digitales no todo está perdido. 

El ADN como medio de almacenamiento de información digital 

El ADN hace su entrada silenciosa en el reino de las ciencias de la información, como idea, desde los años 1960´s y, como práctica concreta, en 1988 con una obra de bio-arte: “Microvenus”; en la que Joe Davis, su creador, codificó y guardó una imagen en una secuencia de ADN dentro de una célula de Escherichia coli. La secuencia representaba una runa germánica, que a su vez representaba los genitales externos femeninos. Si había que entrar, que fuera a través del arte. Y después de la belleza, la intriga: el segundo momento importante es cuando por primera vez se logra guardar la información en ADN fuera de una célula viva, en 1999, para ocultar información secreta, en los llamados “microdots”. A partir de estos hitos, un largo camino ha podido recorrerse ya; Bennet, Vo‐Dinh y Zenhausern (2021) incluyen una línea de tiempo que detalla la evolución de estas tecnologías de almacenamiento de datos en ADN hasta la actualidad. 

La lógica esencial del almacenamiento de información digital en ADN consiste en codificar ceros y unos utilizando las bases que conforman normalmente esa molécula: adenina, guanina, tinina y citocina. Para ello existen varias formas de codificar. En la mayoría de los casos se utiliza una síntesis enzimática del ADN con una sustancia llamada fosforamidita, mecanismo muy probado en la práctica y, aunque el almacenamiento en celular vivas podría aún tener ciertas aplicaciones, los científicos están pensando más bien que las soluciones serán con su almacenamiento fuera de células vivas, en lo que podría asemejarse a una especie de “cinta” de ADN. Para una explicación de las alternativas y una actualización en el desarrollo de esta tecnología véase Wang, Mao, Wang, Zuo y Fan (2024). 

El ADN viene con cifras excelentes para las variables de durabilidad de la información, capacidad de almacenamiento, posibilidad de utilizar mecanismos de corrección de errores y resiliencia, densidad (1018 bytes por mm3, según datos de seis órdenes de magnitud más denso que el almacenamiento de mayor densidad existente), todas ellas muy probadas en los siglos de existencia natural en los seres vivos y algunos que están sobre la propia línea divisoria entre lo vivo y lo no vivo (como los virus, por ejemplo). Calculado en condiciones ideales “el límite superior de la densidad de almacenamiento de información del ADN es aproximadamente 4.606×1020 Bytes/g, pero un indicador más práctico es la densidad volumétrica. En el trabajo inicial de Church et al. (2012), La densidad aparente de las moléculas de ADN se aproximaba a la densidad del agua pura, lo que dio una densidad de información de 4.606×1017 Bytes/mm3. En comparación, la densidad de almacenamiento de información de los medios clásicos, como unidades flash, cintas ópticas y discos duros, es del orden de 109 Bytes/mm3.” (Yiming, Sun, Ping, Ouyang y Qian, 2020: 1099) Esto significa, en pocas palabras, que, en un espacio muy pequeño de la sustancia, caben cantidades enormes de información digital, incomparablemente enormes con respecto a lo que cabe en los discos ópticos o magnéticos conocidos. 

Los problemas más importantes que se presentan para su generalización son que: (1) sus costos son muy altos, inalcanzables aún para la gran mayoría de instituciones en el mundo; (2) las velocidades de escritura y de lectura son muy lentas para muchas de las aplicaciones de la información digital; (3)  la recuperación de información se hace complicada con los métodos disponibles; (4) los dispositivos “construibles” por el momento no permiten borrar y reescribir la información y, (5) las tecnologías de lectura y escritura son difíciles de integrar en el equipamiento generalizado de la tecnología digital actual, entre otros asuntos de carácter mucho más especializado. No obstante, cada inconveniente va siendo superado con el desarrollo tecnológico a una velocidad relativamente vertiginosa, lo que permite, según los expertos, que podamos esperar lo mejor. 

En la antípoda de las nubes, una molécula que tiene la misma edad que la vida se plantea como la solución a largo plazo para la preservación de la información digital. Según su potencial, tal vez un día, en un futuro no tan lejano, toda la Biblioteca Daniel Cosío Villegas sí cabrá en un pequeño bolsillo.

Notas

1 Véase Schaefer, S. K., McGovern, N. Y., Zierau, E. M. O., Goethals, A. L., y Wu, C. C. M. (2022). Deciding how to decide: Using the Digital Preservation Storage Criteria. IFLA Journal, 48(2), 318–331. Los criterios como tal pueden descargarse de https://osf.io/sjc6u/. Consultado el 18 de junio de 2024. 

2 Estos principios pueden consultarse en: https://www.dpconline.org/handbook/organisational-activities/storage Consultado el 18 de junio de 2024. 

Bibliografía consultada 

Antkowiak, P. L., Koch, J., Nguyen, B. H., Stark, W. J., Strauss, K., Ceze, L., y Grass, R. N. (2022). Integrating DNA encapsulates and digital microfluidics for automated data storage in DNA. Small, 18(15), 2107381. 

Bennet, D., Vo‐Dinh, T., y Zenhausern, F. (2021). Current and emerging opportunities in biological medium‐based computing and digital data storage. Nano Select, 3, 883-902. DOI: 10.1002/nano.202100275. 

Church G.M., Gao, Y., y Kosuri S. (2012). Next-generation digital information storage in DNA. Science, 337: 1628. 

Consultative Committee for Space Data Systems CCSDS. (2012). Reference Model for an Open Archival Information System (OAIS). Recommendation for Space Data System Standards (Vol. Recommended Practice, Issue 2, CCSDS 650.0-M-2 Magenta Book): CCSDS Secretariat. Program Integration Division (Code M-3). National Aeronautics and Space Administration. 

Doricchi, A., Platnich, C. M., Gimpel, A., Horn, F., Earle, M., Lanzavecchia, G., … y Garoli, D. (2022). Emerging approaches to DNA data storage: Challenges and prospects. ACS nano, 16(11), 17552-17571. 

Fei, Z., Gupta, N., Li, M., Xiao, P., y Hu, X. (2023). Toward highly effective loading of DNA in hydrogels for high-density and long-term information storage. Science Advances, 9(19), eadg9933. 

Ionkov, L. y Settlemyer, B. DNA: The Ultimate Data-Storage Solution. Scientific American. Mayo 28, 2021 En: https://www.scientificamerican.com/article/dna-the-ultimate-data-storage-solution/ 

Koch, J., Gantenbein, S., Masania, K., Stark, W. J., Erlich, Y., y Grass, R. N. (2020). A DNA-of-things storage architecture to create materials with embedded memory. Nature biotechnology, 38(1), 39-43. 

Meiser, L. C., Antkowiak, P. L., Koch, J., Chen, W. D., Kohll, A. X., Stark, W. J., … y Grass, R. N. (2020). Reading and writing digital data in DNA. Nature protocols, 15(1), 86-101. 

Raza, M. H., Desai, S., Aravamudhan, S., y Zadegan, R. (2023). An outlook on the current challenges and opportunities in DNA data storage. Biotechnology Advances, 108155. 

Sadremomtaz, A., Glass, R. F., Guerrero, J. E., LaJeunesse, D. R., Josephs, E. A., y Zadegan, R. (2023). Digital data storage on DNA tape using CRISPR base editors. Nature Communications, 14(1), 6472. 

Skogan, G., Bøifot, K. O., Orr, R. J. S., Dybwad, M., Enger, E., Bunkan, A. J. C., et al. (2022). Characterization of the chemical, biological and radiological environment in the Arctic World Archive: Norwegian Defense Research Establishment (FFI).  

Wang, S., Mao, X., Wang, F., Zuo, X., y Fan, C. (2024). Data Storage Using DNA. Advanced Materials, 36(6), 2307499. 

Yiming D., Sun F., Ping Z., Ouyang, Q., y Qian, L. DNA storage: research landscape and future prospects, National Science Review, Volume 7, Issue 6, June 2020, Pages 1092–1107, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa007 

Yin, Q., Zheng, Y., Wang, B., y Zhang, Q. (2021). Design of constraint coding sets for archive DNA storage. IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 19(6), 3384-3394. 

Zhang, Y., Ren, Y., Liu, Y., Wang, F., Zhang, H., y Liu, K. (2022). Preservation and Encryption in DNA Digital Data Storage. ChemPlusChem, 87(9). DOI: 10.1002/cplu.202200183 


OpenEdition le sugiere que cite este post de la siguiente manera:
Arien González Crespo (19 de junio de 2024). Más acá de “las nubes”: almacenamiento de información digital en el ADN biológico, para la preservación a largo plazo. Amontonamos las palabras: Blog de la Biblioteca de El Colegio de México. Recuperado 17 de julio de 2024 de https://doi.org/10.58079/11v22


También te podría gustar...

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.

Buscar en OpenEdition Search

Se le redirigirá a OpenEdition Search