Un centro de datos ocupa naves enteras; la misma información escrita en ADN cabría en un tubo de ensayo. La idea lleva años sobre la mesa y tropieza siempre con lo mismo: escribir ADN es lento, caro y químicamente sucio. El equipo del proyecto HYPERION acaba de sintetizar sesenta y cuatro secuencias a la vez sobre un chip de silicio, usando agua en lugar de disolventes agresivos. Y de paso encontró algo más interesante que el récord: dónde está de verdad el cuello de botella — que es justo lo que mide el test del final, aplicado a tu forma de buscarlo.
El ADN es el soporte de datos que la naturaleza lleva usando desde hace muchísimo tiempo, y eso le da dos ventajas que ningún disco duro iguala: guarda una cantidad enorme de información en un espacio minúsculo y aguanta sin necesidad de electricidad ni de migraciones periódicas a un soporte nuevo. Un archivo que hoy ocupa una sala refrigerada podría caber, en teoría, en algo del tamaño de un dedal.
Leerlo ya no es el problema: secuenciar ADN se ha convertido en rutina de laboratorio. Lo difícil es lo contrario.
La forma habitual de fabricar ADN sintético es la química de fosforamiditas. Funciona muy bien, pero exige disolventes orgánicos peligrosos y una maquinaria que solo tiene sentido en laboratorios centralizados y especializados. Eso encarece cada letra escrita, limita cuántas secuencias se pueden preparar a la vez y convierte lo que debería ser una tecnología de almacenamiento en un servicio al que hay que enviar pedidos y esperar.
La alternativa que persigue el proyecto HYPERION, financiado con fondos europeos, es la síntesis enzimática: dejar que sean las enzimas las que añadan letra tras letra, igual que ocurre dentro de una célula. Al imitar a la naturaleza, la reacción transcurre en agua y no en disolventes agresivos, de modo que el proceso resulta bastante más limpio. La duda era si algo así podía controlarse con la precisión de un circuito, punto por punto y sin que una reacción invada a la vecina.
El grupo de Donhee Ham, catedrático de la Universidad de Harvard, no partió de cero. Venía de trabajar con chips de silicio cubiertos de electrodos diseñados para registrar la actividad de neuronas, es decir, para dosificar y medir corriente en miles de puntos independientes.
«En cierto momento, nos preguntamos si ese mismo control de corriente podría redirigirse de las células a las moléculas, reemplazando los electrodos orientados hacia las neuronas con pares de electrodos anulares que pudieran localizar el pH para la síntesis de ADN. Funcionó», cuenta Ham.
El truco no consiste en tocar las moléculas, sino en cambiar las condiciones químicas justo donde interesa y dejarlas intactas un poco más allá. Resumido, el chip funciona así:
El salto es considerable: hasta ahora este tipo de síntesis en paralelo se quedaba en torno a una docena de secuencias. El trabajo se publicó en Nature Electronics.
Lo más interesante llegó al intentar apretar los puntos de síntesis para meter más secuencias en la misma superficie. Cuando los sitios se acercan, las moléculas intermedias se desplazan hacia los vecinos durante la desprotección — el paso en el que se retiran los grupos protectores para que la cadena pueda seguir creciendo — y la escritura pierde precisión. Dicho de otro modo: el cuello de botella no estaba donde casi todo el mundo lo habría buscado.
«La limitación provino de la química de desprotección, no del silicio», resume Han Sae Jung, uno de los coautores principales.
«El almacenamiento de datos en ADN requiere que la síntesis de ADN opere a una escala que va mucho más allá de las necesidades actuales. … Por eso la síntesis enzimática en agua puede ser importante. Si se pueden sintetizar en paralelo muchas más de sesenta y cuatro secuencias, podría ofrecer una vía respetuosa con el medio ambiente para escribir ADN a muy gran escala», añade Woo-Bin Jung, también coautor principal.
El resultado es un buen retrato de cómo se trabaja hoy en ciencia: un mismo problema tirando de tres hilos a la vez. Hay electrónica en el diseño del chip y de sus electrodos anulares, hay química en las enzimas y en los grupos protectores, y hay informática en la parte que casi nadie ve, la de decidir cómo se traduce un archivo a secuencias de letras y cómo se recupera después sin errores.
Y hay una segunda lección, menos obvia. El titular podría ser el récord de sesenta y cuatro secuencias, pero el hallazgo que más orienta el trabajo de los próximos años es el otro: descubrir que el obstáculo estaba en un sitio distinto del que se suponía. Saber dónde no está el problema también es un resultado, y en un laboratorio suele valer más que un número redondo.
El equipo de HYPERION convirtió un chip de silicio pensado para escuchar neuronas en una máquina de escribir ADN: pares de electrodos anulares generan protones, bajan el pH de forma local y disparan la síntesis enzimática exactamente donde hace falta. Así nacieron en paralelo sesenta y cuatro secuencias en agua, con 169 bytes de texto codificados en ellas. El siguiente paso no pasa por un chip mejor, sino por una química de desprotección que no se le quede corta.
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