El sistema de edición de doble plásmido mejora el potencial de almacenamiento digital de ADN

La información basada en el ADN es un nuevo campo interdisciplinario que vincula la tecnología de la información y la biotecnología. El campo espera satisfacer la enorme necesidad de almacenamiento de datos a largo plazo mediante el uso del ADN como medio de almacenamiento de información. A pesar de la promesa del ADN de gran estabilidad, alta densidad de almacenamiento y bajo costo de mantenimiento, los investigadores enfrentan problemas para reescribir con precisión la información digital codificada en secuencias de ADN.

Generalmente, la tecnología de almacenamiento de datos de ADN tiene dos modos, es decir, el «modo de disco duro in vitro» y el «modo de CD in vivo». La principal ventaja del modo in vivo es su replicación confiable y de bajo costo del ADN cromosómico mediante la replicación celular. Debido a esta característica, puede utilizarse para la difusión rápida y económica de copias de datos. Sin embargo, dado que las secuencias de ADN codificadas para cierta información contienen una gran cantidad de repeticiones y la apariencia de homopolímeros, dicha información solo se puede «escribir» y «leer», pero no se puede «reescribir» con precisión.

Para resolver el problema de la reescritura, el profesor Liu Kai del Departamento de Química de la Universidad de Tsinghua, el profesor LI Jingjing del Instituto de Química Aplicada de Changchun (CIAC) de la Academia de Ciencias de China y el profesor Chen Dong de la Universidad de Zhejiang dirigieron un equipo de investigación que recientemente desarrolló un sistema de edición de doble plásmido para procesar con precisión información digital en un vector microbiano. Sus hallazgos fueron publicados en Avances de la ciencia.

Los investigadores establecieron un sistema de doble plásmido in vivo utilizando un algoritmo de codificación diseñado racionalmente y una herramienta de edición de información. Este sistema de doble plásmido es adecuado para almacenar, leer y reescribir varios tipos de información, incluidos texto, libros de códigos e imágenes. Explora completamente la capacidad de codificación de las secuencias de ADN sin necesidad de índices de direccionamiento o secuencias de respaldo. También es compatible con varios tipos de algoritmos de codificación, lo que permite una alta eficiencia de codificación. Por ejemplo, la eficiencia de codificación del sistema actual alcanza los 4,0 bits por nucleótido.

Para lograr una alta eficiencia y confiabilidad en la reescritura de información compleja almacenada en secuencias de ADN exógenas in vivo, se utilizaron una variedad de proteínas asociadas a CRISPR (Cas) y recombinasa. Las herramientas fueron guiadas por su correspondiente CRISPR RNA (crRNA) para dividir un locus objetivo en una secuencia de ADN para que la información específica pudiera abordarse y reescribirse. Debido a la alta especificidad entre pares complementarios de moléculas de ácido nucleico, la recombinasa reconstruyó con precisión las secuencias de ADN codificadas por información para codificar nueva información. Debido a la optimización de la secuencia de crRNA, la herramienta de reescritura de información se volvió altamente adaptable a información compleja, lo que resultó en una confiabilidad de reescritura de hasta el 94 %, que es comparable a los sistemas de edición de genes existentes.

El sistema de plásmido dual puede servir como una plataforma universal para la reescritura de información basada en ADN in vivo, ofreciendo así una nueva estrategia para el procesamiento de información y la reescritura específica de objetivos de datos grandes y complicados a nivel molecular.

«Creemos que esta estrategia también se puede aplicar en un huésped vivo con un genoma más grande, como la levadura, lo que allanaría el camino para aplicaciones prácticas relacionadas con el almacenamiento de grandes datos», dijo el profesor Liu.