Escribir con ADN

En los últimos meses han aparecido dos informaciones en la prensa que, aunque a priori podrían parecer distantes, están muy relacionadas. Una está relacionada con los ordenadores: “Microbios que empaquetan 200 GB. Investigadores chinos logran que las bacterias almacenen y descifren los datos”. La segunda está relacionada con la seguridad: “Atención, tienda protegida por ADN. Un sistema antirrobo innovador utiliza cadenas genéticas para identificar las propiedades y marcar a los ladrones”. La relación entre ambas noticias está en que ambas usan el lenguaje del ADN.

¿Cómo un microbio puede almacenar cualquier información?, ¿cómo podemos usar el ADN para marcar algo o a alguien?, se contestan de la misma manera: usando el lenguaje que usa el ADN para llevar la información hereditaria de un organismo, no para producir células y órganos sino para almacenar información a base de letras y números. ¿Cómo? Fácil si entendemos cómo es el ADN y cómo podemos usarlo.

Desde mediados del pasado siglo sabemos que toda la información hereditaria que se transmite de padres a hijos, humanos, ratones, gusanos, bacterias, cebollas o cualquier otro ser vivo, se encuentra en las moléculas de ADN que se transmiten por los gametos (óvulos las hembras, espermatozoides los machos).

Todas las moléculas de ADN son iguales en su estructura. Básicamente se trata de dos cadenas que se entrelazan haciendo una espiral y cada cadena lleva repetidas millones o miles de millones de veces cuatro moléculas que se conocen por la inicial de su nombre químico: A, T, G y C.

¿Dónde está la información que hace que unas moléculas hagan un perro y otras una mosca? Esta información está codificada en el orden en que se encuentran estas cuatro letras. La codificación de la vida estriba en que la secuencia de letras se leen de tres en tres y cada trio determina a un aminoácido. Por tanto, en el orden en que se encuentren los trios de letras, o tripletes, será el orden en que se unan los aminoácidos para dar las proteínas con las que estamos hechos los seres vivos.

¿Cómo convertir este lenguaje en las letras, números y símbolos que usamos al escribir? Para esto podemos pensar en una similitud con el lenguaje de los ordenadores.

Un ordenador funciona sólo con 0 y 1. Como para escribir todos los caracteres y símbolos necesitamos 27 letras más 10 números más un centenar largo de símbolos, los informáticos decidieron que usando los 0 y 1 de ocho en ocho se pueden obtener 2⁸ = 256 caracteres diferentes, lo que es más que suficiente. Cada uno de estos 0 y 1 se les denomina un “bit” y al grupo de ocho bits se llama “byte”. Cuando decimos que nuestro ordenador tiene una memoria de 100 MB queremos decir que puede almacenar cien millones de bytes o símbolos.

Con el ADN podemos pensar de la misma forma, pero en lugar de dos bits –0 y 1– usa cuatro bits –A, T, G y C– por lo que los mismos 256 caracteres se pueden obtener haciendo grupos de cuatro, ya que 4⁴ = 256. Así como en informática podemos asociar el byte 01000001 a la letra A y 00100101 al símbolo (, en bioinformática podríamos asociar esta letra al byte GACC y el paréntesis a TGCA.

Ya tenemos la codificación o el diccionario para conocer qué byte le corresponde a qué carácter o símbolo. Nos queda cómo materializarlo, cómo grabar la información que queramos en el ADN, por ejemplo este artículo.

Para ello haríamos uso de unas máquinas, comercializadas desde hace unos veinte o treinta años, que sintetizan fragmentos de ADN con el orden, o secuencia, de letras que queramos. Actualmente las longitudes más largas que se pueden sintetizar en estos aparatos oscilan entre 150 y 200 letras, pero posteriormente las podríamos unir para dar moléculas de ADN de longitudes mucho mayores.

Ahora podemos entender las dos noticias con que iniciaba este artículo.

La molécula de ADN que hemos sintetizado con la información deseada la podemos introducir en una bacteria. ¿Por qué en una bacteria? Por varias razones. Una fundamental es que las bacterias son muy pequeñas –3 µm de largo por 0,5 µm de ancho– (1 mm equivale a mil µm o micrómetro) y su ADN tiene 4,6 millones de letras que sería 1 MB en el lenguaje bioinformático que acabo de contarles (¿se imaginan tener 1 MB en algo mil veces más pequeño que un milímetro?). Es importante, también, que las bacterias son muy económicas de cultivar, algunas se pueden cultivar sólo con agua, un par de sales y glucosa. No menos importante es que en un cultivo de un centímetro cúbico (menos que un dedal de coser) podemos tener hasta mil millones de bacterias y si lo desecamos podemos tener estas bacterias en medio centímetro cúbico (una bacteria desecada puede recuperarse viva muchos decenios después). Ya conocen ustedes que en el mundo de los ordenadores cada vez hay que introducir más memoria en menos volumen.

Si consiguiéramos las mencionadas mil millones de bacterias (nada más fácil) y cada una con una información equivalente a su propio ADN (un poco más complicado, pero no mucho) y cada una con una información específica distinta a las demás (casi imposible), podríamos tener teóricamente una memoria de 1 PB, es decir un millón de gigabytes. Después habría que leer esa información, pero eso es ya otra historia.

¿Ciencia ficción? Por ahora sí, pero en unos …

Un uso del ADN como portador de la información que queramos introducirle está siendo ya aplicado con éxito como sistema de marcaje de objetos o personas con una finalidad antirrobo. En varios paises se ha implantado ya la tecnología de fabricar secuencias de ADN y pegar estas moléculas a objetos de alto valor como sistema de marcaje, invisible al ojo humano pero detectable por métodos moleculares sencillos. Estas moléculas no tienen que ser muy largas, con 10 letras se pueden fabricar 4¹⁰ secuencias diferentes que significa más de un millón de secuencias listas para marcar otros tantos objetos. Junto con el marcaje de los objetos de la tienda, el contrato incluye el uso de una secuencia, específica de cada tienda, para marcar a las personas que entran en estos locales mediante unos microvaporizadores invisibles que llevan la secuencia de ADN especial. Este ADN quedará unido a la piel, pelos y ropa de los clientes de forma temporal (creo que en pocas semanas desaparece) y permite, si es necesario, comprobar si una persona bajo sospecha estuvo o no en un local determinado.

El futuro de estas tecnologías depende de nuestra imaginación; la Ciencia, como la imaginación humana, no tiene límites.

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 [Este tema y otros relacionados para entender las implicaciones de la Genética en la vida contemporanea están descritos con mayor detalle en el libro de divulgación: "Destimados por el azar" del mismo autor de este blog]