¿Se hereda el ADN?

“Creemos que este es el dispositivo de almacenamiento de datos
de mayor densidad jamás creado en toda la historia humana”.
Investigador de la Universidad de Columbia, New York

Cuando conversamos de genética y de las formas de ser y comportarse de la gente, a veces pecamos de cierta simpleza al expresarnos. Es común escuchar: «que todo lo que tiene que ver con una persona cualquiera, todo lo que esa persona dice y hace, bueno o malo, está en su genética, o sea, en su ADN». Esa aseveración tan tajante, en principio, es un error.

Y lo es porque además del ADN heredado de sus padres (y de sus abuelos y de vaya usted a saber quiénes de ahí hacia atrás), las personas reciben e incorporan en el curso de su vida experiencias familiares, educacionales, sociales, culturales, étnicas, psicológicas, políticas, medioambientales y de muchos otros tipos que ayudan a moldear el comportamiento, la personalidad, hasta cierto punto las habilidades y todas las diversas formas de relaciones internas y externas de un ser humano.

Pero al mismo tiempo acertamos cuando expresamos que el ADN (ácido desoxirribonucleico), una estructura molecular ultra compacta como pocas, carga una inmensa cantidad de información (que será aprovechada o no) sobre un individuo en específico. Y algo muy importante, se trata de una información que puede perdurar en el tiempo más allá de la vida del propietario (por herencia) de ese ADN.

Esa extraordinaria capacidad de almacenar información: ojos azules o marrones, talla alta o baja, predisposición a la diabetes o no, pelo fino o grueso, tendencia a la gordura o a la delgadez, velocidad o lentitud en la carrera, oído absoluto u oído cuadrado y millones más, y esa sorprendente habilidad de perdurar en el tiempo, contenidas ambas en una molécula que debido a sus cualidades de enlace químico (solo cuatro bases), disposición espacial (doble hélice) e inédita capacidad de plegarse sobre sí misma miles de veces ─su hábitat normal es el interior del núcleo celular, justamente la porción más pequeña de la célula─ despertó en los investigadores, e incluso en los cineastas, novelistas y cuentistas de ciencia ficción la idea de concebir el ADN como un posible soporte de información extra personal.

Un dato histórico: la idea de hackear el ADN para codificar en él datos externos fue propuesta, casi como una broma, por el físico ruso Mijail Samoilovich Neiman en 1964, pero todos, incluyendo a él mismo, lo tomaron como pura ficción, algo que quizás, y solo quizás, se lograría en un futuro muy lejano.

Pues bien, la boutade original de Neiman resultó al final ser una idea que tiene sentido, mucho sentido, porque un soporte de información cualquiera, un casette, una cinta de video, un libro, una carta, un chip, un pendrive, un disco duro, un servidor de la nube, una película, una persona memoriosa, lo que sea, exceptuando quizás una piedra tallada, tiene una duración ínfima, unos pocos años o un siglo o quizás algo más, y la piedra tallada, que en teoría es casi eterna, no es capaz de soportar cantidades ingentes de información (sin contar el trabajo de grabarla y movilizarla). Compárese esto con el ADN de un dinosaurio, un mamut o un hombre de Neandertal, que si tenemos la suerte de dar con una pieza paleontológica que lo contenga, sigue estando a nuestra disposición con la información completa o casi completa del sujeto en cuestión. En teoría, una molécula de ADN bien preservada carece de obsolescencia, o para decirlo en cubano, no tiene muerte.

Y cuando alguien piensa en algo nuevo, por raro que pueda parecer, poco se tarda otro en intentarlo. En la última década diversos investigadores han puesto en evidencia la excitante posibilidad de codificar datos no solo biológicos, sino digitales de todo tipo en una molécula o un segmento molecular de ADN. En otras palabras, estamos hablando de introducir enormes cantidades de información en una estructura sintética de ácido desoxirribonucleico valiéndonos de su capacidad de soporte de almacenamiento. Un almacenamiento, que como ya hemos señalado, gozaría de larguísima durabilidad, mínimas o nulas pérdidas de información y ninguna necesidad de energía externa (corriente eléctrica). Ahora bien, como postula el viejo refrán, del dicho al hecho hay un trecho.

Almacenar datos digitálicos en una molécula de ADN es posible, de eso ya no caben dudas porque se ha hecho, pero los resultados obtenidos hasta el presente en las múltiples investigaciones realizadas solo pueden calificarse de incipientes. Incipientes, sí, pero espectacularmente prometedores.

Los dos centros más adelantados —hay varios otros en diferentes lugares y países, entre ellos la Universidad de Washington en una asociación con Microsoft— en la investigación para lograr este objetivo son la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York (los profesores Erlich y Zielinski son los jefes del equipo investigador) y el Computational Biology Lab (varios investigadores lo forman), perteneciente al Genome Center, una institución privada, también con sede en la ciudad de Nueva York.

Erlich, Zielinski y sus asociados fueron ya capaces, en el curso del año 2016, de almacenar y volver a recuperar sin errores cuatro archivos digitales de diferentes cualidades y volúmenes de información: una película de video, un virus informático, una tarjeta de regalo y un sistema operativo no demasiado complejo. Se estima que la capacidad teórica de almacenamiento de cada nucleótido del ADN es de 1,8 dígitos binarios y ellos lograron incorporar en sus experimentos una cifra de hasta 1,6 db.

Algo rezagados en cuanto a volumen de información incorporado al ADN, pero también muy activos, los científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL), en Heidelberg, Alemania, han logrado ya almacenar, y volver a recuperar, 26 segundos del discurso I have a dream, de Martin Luther King.

La meta teórica, aun no alcanzada, medida en milímetros cúbicos, es que un mm3 de ADN albergue un exabyte de información. Dicho así puede que la cifra no de una medida de la magnitud del dato, pero téngase en cuenta que un soporte habitual, digamos un chip actual, alberga unos 100 gigabytes por mm3. Eso significa diez millones de veces más de ventaja para el ADN.

Una de las razones de la extraordinaria ventaja (por ahora teórica) del ADN estriba en que mientras los sistemas de almacenamiento convencionales utilizan el sistema binario de unos y ceros, el ADN emplea sus cuatro bases: adenina, guanina, timina y citosina, lo que multiplica geométricamente la capacidad de recepción de información.

Todos estos investigadores han utilizado homopolímeros para la creación de oligonucleótidos válidos, o sea, viables para cargar información. Esos homopolímeros son unas hebras de ADN que cuentan, cada una, con 200 bases de largo. Para recuperar los archivos cargados, hecho imprescindible que valida la utilidad de soporte de la molécula de ADN, se utilizaron tecnologías de secuenciación y un algoritmo específico ideado por ellos. Si se compara con la rapidez a la que nos tiene acostumbrados la computación convencional, el empleo del ADN es todavía lento y relativamente engorroso, pero no se busca, por el momento, emplear el ADN para el trabajo diario, sino para almacenar enormes volúmenes de datos por tiempo indefinido. Escribir este breve ensayo es mucho más fácil (y más barato) en una laptop convencional, pero si hablamos de guardar los archivos nacionales de un país por los próximos cien mil años, entonces el ADN debe imponerse definitivamente. Por lo menos así es como se plantea el problema en el momento actual.

El investigador y empresario norteamericano J. Craig Venter, uno de los decodificadores del genoma humano en el año 2001, trabaja por su cuenta, y no se conocen muchos datos al respecto, en el uso del ADN de bacterias vivas como portadoras de información. Sí sabemos que ya ha marcado algunas bacterias como propias (con su “marca de agua”) y que lucha por lograr esas patentes.

Estas anécdotas nos demuestran la vertiginosa carrera que se está produciendo ahora mismo, mientras usted lee este artículo, para lograr la primacía en el desarrollo de las técnicas de incorporación de información no biológica al ADN.

Para que se tenga una idea de lo que todo esto significa y un poco a manera de resumen. Los investigadores de la Universidad de Columbia han obtenido en los primeros tres meses de este año (2017), y estamos, como ya hemos expresado, en los comienzos, 215 peta bytes de datos por cada gramo de ADN sintetizado por ellos. Una síntesis que se hace cada vez más fácil de obtener y más rápida.

Hasta el momento, y así lo señalan los autores, la mayor limitación para el avance de estos experimentos es el elevado costo del proceso. Pero como expresó uno de ellos:

“Creemos que este es el dispositivo de almacenamiento de datos de mayor densidad jamás creado en toda la historia humana”.

En ocasiones la ciencia, después de describir un círculo investigativo y tecnológico de gran magnitud y dificultades, vuelve a los orígenes. Es fascinante que un elemento intrínseco de todo ser vivo, y solo de los seres vivos, el ADN, se convierta de pronto en una herramienta tecnológica de primera magnitud.

Una herramienta que nos hizo, en buena medida, lo que somos y que es muy posible que en un futuro no lejano atesore toda nuestra historia y nuestras obras, las buenas y las malas.

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