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Monday, 08 July 2019 14:43

Metabolomas: una nueva forma de almacenar en poco espacio

Escrito por HeOn Health on line
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Una nueva investigación reveló que existen sistemas de almacenamiento molecular que podrían mantener grandes cantidades de datos en espacios pequeños.

Las moléculas de ADN son bien conocidas como portadoras de grandes cantidades de información biológica, y existe un creciente interés en el uso de ADN en dispositivos de almacenamiento de datos de ingeniería que pueden contener una cantidad mucho mayor de información que nuestros discos duros actuales.

El nuevo estudio muestra que es posible almacenar y recuperar datos almacenados en metabolomas artificiales: conjuntos de mezclas líquidas que contienen azúcares, aminoácidos y otros tipos de moléculas pequeñas. Los investigadores muestran que podrían codificar archivos de imagen a escala de kilobytes en soluciones de metabolitos y volver a leer la información.

El enfoque mapea los ceros de los datos digitales a la presencia o ausencia de moléculas particulares en las soluciones. Los investigadores utilizaron el esquema para codificar archivos de imagen en soluciones.

“Esta es una prueba de concepto que se espera haga que la gente piense en usar rangos más amplios de moléculas para almacenar información", dice Jacob Rosenstein, profesor de la Facultad de ingeniería de la Universidad de Brown y autor principal del estudio. "En algunas situaciones, moléculas pequeñas como las que usamos aquí pueden tener una mayor densidad de información que el ADN”, dijo.

Otra ventaja potencial, dice Rosenstein, proviene del hecho de que muchos metabolitos pueden reaccionar entre sí para formar nuevos compuestos. Esto crea el potencial para sistemas moleculares que no solo almacenan datos, sino que también manipulan sus cálculos dentro de las mezclas de metabolitos, lo que implica que en el futuro existan mayores ventajas para la ingeniería informática.

3.000.000.000.000.000.000.000.000.000 BITS DE DATOS

La idea detrás de la computación molecular surge de la creciente necesidad de una mayor capacidad de almacenamiento de datos. Para 2040, el mundo habrá producido hasta 3 septillones (es decir, 3 seguidos de 24 ceros) de datos según algunas estimaciones. Almacenar, buscar y procesar todos esos datos es un reto de enormes proporciones, y es posible que no haya suficiente silicio de grado chip en la tierra para hacerlo con los chips semiconductores tradicionales.

Sin embargo, un grupo de ingenieros y químicos de Brown ha estado trabajando en una variedad de técnicas para usar moléculas pequeñas para crear nuevos sistemas de información.

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Para este nuevo estudio, el grupo quería ver si los metabolomas artificiales podrían ser una opción de almacenamiento de datos. En biología, un metaboloma es el conjunto completo de moléculas que utiliza un organismo para regular su metabolismo.

"No es difícil reconocer que las células y los organismos usan moléculas pequeñas para transmitir información, pero puede ser más difícil generalizar y cuantificar", dice Eamonn Kennedy, asociado postdoctoral de Brown y primer autor del estudio. "Queríamos demostrar cómo un metaboloma puede codificar información digital precisa."

La investigación y los resultados

Los investigadores ensamblaron sus propios metabolomas artificiales: pequeñas mezclas líquidas con diferentes combinaciones de moléculas. La presencia o ausencia de un metabolito particular en una mezcla codifica un bit de datos digitales, un cero o un uno. El número de tipos de moléculas en el metabolismo artificial determina el número de bits que cada mezcla puede contener.

Para este estudio, los investigadores crearon bibliotecas de seis y doce metabolitos, lo que significa que cada mezcla podría codificar seis o doce bits. Miles de mezclas se colocan en pequeñas placas metálicas en forma de gotas del tamaño de un nanolitro. El contenido y la disposición de las gotas, colocadas con precisión por un robot de manipulación de líquidos, codifica los datos deseados.

Las placas se secan, dejando pequeños puntos de moléculas de metabolitos, cada una de las cuales contiene información digital. Los datos pueden ser leídos usando un espectrómetro de masas, que puede identificar los metabolitos presentes en cada punto de la placa y decodificar los datos.

Los investigadores utilizaron la técnica para codificar y recuperar con éxito una variedad de archivos de imagen de tamaños de hasta 2 kilobytes. Eso no es grande en comparación con la capacidad de los sistemas de almacenamiento modernos, pero es una prueba de concepto sólida, señalan los investigadores y hay mucho potencial para ampliarlo. El número de bits en una mezcla aumenta con el número de metabolitos en un metabolismo artificial, y hay miles de metabolitos conocidos disponibles para su uso.

Potencial de los metabolomas

Hay algunas limitaciones, señalan los investigadores. Por ejemplo, muchos metabolitos interactúan químicamente entre sí cuando se colocan en la misma solución, y eso podría resultar en errores o pérdida de datos. Pero ese es un error que podría convertirse en una característica. Puede ser posible aprovechar esas reacciones para manipular los datos, realizando cálculos en la solución.

"El uso de moléculas para la computación es una gran oportunidad, y apenas estamos empezando a descubrir cómo aprovecharla", dice Brenda Rubenstein, profesora asistente de química y coautora del estudio.

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