En la película “Parque Jurásico”, los científicos extrajeron ADN que se había conservado en ámbar durante millones de años y lo utilizaron para crear una población de dinosaurios extintos hace mucho tiempo.
Inspirándose en parte en la película, los investigadores del MIT han desarrollado un polímero vítreo similar al ámbar que se puede utilizar para el almacenamiento a largo plazo de ADN, ya sean genomas humanos completos o copias digitales como fotografías.
La mayoría de los métodos actuales para almacenar ADN requieren temperaturas bajo cero, por lo que consumen mucha energía y no son factibles en muchas partes del mundo. Por el contrario, el nuevo polímero similar al ámbar puede almacenar ADN a temperatura ambiente mientras protege las moléculas del daño causado por el calor o el agua.
Los investigadores demostraron que podían utilizar el polímero para almacenar todo el genoma humano, junto con la secuencia de ADN que codifica el tema musical de Jurassic Park. También demostraron que el ADN se puede extraer fácilmente del polímero sin dañarlo.
“Congelar el ADN es la forma número uno de preservarlo, pero es muy costoso y no es escalable”, dice James Banhall, ex postdoctorado del MIT. “Creo que nuestro nuevo método de preservación será una tecnología que puede impulsar el futuro del almacenamiento de información digital en el ADN”.
Banhall y Jeremiah Johnson, A. de Química del MIT. El profesor Thomas Jeverton, autor principal del estudio, quien Revista de la Sociedad Química Estadounidense. La ex postdoctorada del MIT Elizabeth Prince y el postdoctorado del MIT Hu Fengcheng son los autores principales del artículo.
captura de ADN
El ADN, una molécula muy estable, es adecuado para almacenar grandes cantidades de información, incluidos datos digitales. Los sistemas de almacenamiento digital codifican texto, imágenes y otros tipos de información como una serie de 0 y 1. La misma información se puede codificar en el ADN utilizando los cuatro nucleótidos que forman el código genético: A, T, G y C. Por ejemplo, G y C se pueden usar para representar 0, mientras que A y T representan 1.
El ADN ofrece una manera de almacenar esta información digital a una densidad mucho mayor: en teoría, una taza de café llena de ADN podría almacenar todos los datos del mundo. El ADN también es muy estable y relativamente fácil de sintetizar y secuenciar.
En 2021, Banhall y su asesor postdoctoral, Mark Bath, profesor de ingeniería biológica en el MIT, desarrollaron un método para almacenar ADN en partículas de sílice, etiquetadas con etiquetas que pueden indicar el contenido de las partículas. Este trabajo dio lugar a un spin-out llamado Cache DNA.
Una desventaja de este sistema de almacenamiento es que el ADN tarda varios días en incrustarse en las partículas de sílice. Además, para eliminar el ADN de las partículas se requiere ácido fluorhídrico, que puede ser peligroso para los trabajadores que manipulan el ADN.
Para encontrar materiales de almacenamiento alternativos, Banhall comenzó a trabajar con Johnson y miembros de su laboratorio. Su idea era utilizar un tipo de polímero llamado termoestable degradable, que consiste en un polímero que se solidifica cuando se calienta. El material también contiene enlaces escindibles que se pueden romper fácilmente, lo que permite que el polímero se degrade de forma controlada.
“Con estos termoestables deconstruibles, dependiendo de qué enlaces escindibles les coloquemos, podemos elegir cómo queremos degradarlos”, dice Johnson.
Para este proyecto, los investigadores decidieron fabricar su termoestable a partir del polímero estireno y un reticulante, que juntos forman un termoestable de color ámbar llamado poliestireno reticulado. Este termoestable también es muy hidrofóbico, por lo que puede evitar que la humedad entre y dañe el ADN. Para hacer que el termoestable sea degradable, los monómeros de estireno y los reticulantes se copolimerizan con monómeros llamados tionolactonas. Estos enlaces se pueden romper mediante el tratamiento con una molécula llamada cisteamina.
Debido a que el estireno es tan hidrófobo, los investigadores tuvieron que encontrar una manera de inducir el ADN (una molécula hidrófila y cargada negativamente) en el estireno.
Para ello, identificaron una combinación de tres monómeros que podrían convertirse en polímeros que disuelven el ADN ayudándolo a interactuar con el estireno. Cada uno de los monómeros tiene diferentes propiedades que contribuyen a sacar el ADN del agua al estireno. Allí, el ADN forma un complejo globular, con el ADN cargado en el centro y grupos hidrófobos formando una capa exterior que interactúa con el estireno. Cuando se calienta, la solución forma un bloque sólido similar al vidrio, que se incrusta en el complejo de ADN.
Los investigadores llamaron a su método T-REX (Xeropreservación termoestable reforzada). El proceso de incrustar ADN en la red polimérica lleva unas horas, pero podría acortarse con una mayor optimización, afirman los investigadores.
Para liberar el ADN, los investigadores primero agregan cisteamina, que rompe los enlaces que mantienen unido el poliestireno termoestable, rompiéndolo en pedazos más pequeños. A continuación, se puede añadir un detergente llamado SDS para extraer el ADN del poliestireno sin dañarlo.
Almacenamiento de información
Utilizando estos polímeros, los investigadores demostraron que podían encapsular ADN de longitudes variables, desde decenas de nucleótidos hasta todo el genoma humano (más de 50.000 pares de bases). Pudieron almacenar ADN que codifica la Proclamación de Emancipación y el logotipo del MIT, además del tema musical de “Jurassic Park”.
Después de almacenar y luego extraer el ADN, los investigadores lo secuenciaron y descubrieron que no se introdujeron errores, una característica clave de cualquier sistema de almacenamiento de datos digitales.
Los investigadores también demostraron que el polímero termoestable puede proteger el ADN de temperaturas de hasta 75 grados Celsius (167 grados Fahrenheit). Ahora están trabajando en formas de agilizar el proceso de fabricación de polímeros y convertirlos en cápsulas para su almacenamiento a largo plazo.
Cash DNA, una empresa fundada por Bunnell y Bath, de la que Johnson era miembro del consejo asesor científico, está trabajando ahora para seguir desarrollando la tecnología de almacenamiento de ADN. La primera aplicación que imaginan es almacenar genomas para la medicina personalizada, y también anticipan que estos genomas almacenados podrían someterse a más análisis a medida que se desarrollen mejores tecnologías en el futuro.
“La idea es, ¿por qué no preservamos el registro maestro de la vida para siempre?” Banhal dice. “Dentro de diez o veinte años, cuando la tecnología haya avanzado más allá de lo que podemos imaginar hoy, podremos aprender mucho más. Todavía estamos en las primeras etapas de comprensión del genoma. Estoy y cómo se relaciona con la enfermedad. “.
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias.
