Crean ámbar sintético para almacenar ADN sin congelarlo

Crean ámbar sintético para almacenar ADN sin congelarlo
Crean ámbar sintético para almacenar ADN sin congelarlo

Investigadores del MIT han desarrollado un polímero vítreo similar al ámbar que puede usarse para almacenar ADN a largo plazo, ya sean genomas humanos completos o archivos 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. En cambio, 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 este polímero para almacenar secuencias de ADN que codifican la música de Jurassic Park, así como un genoma humano completo. 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 escalable”, dice en un comunicado James Banal, ex investigador postdoctoral 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”, añadió el autor principal del estudio, publicado en el Journal of the American Chemical Society.

El ADN, una molécula muy estable, es ideal para almacenar cantidades masivas de información, incluidos datos digitales. Los sistemas de almacenamiento digital codifican texto, fotografías y otra información como una serie de 0 y 1. Esta misma información se puede codificar en el ADN utilizando los cuatro nucleótidos que componen el código genético: A, T, G y C. Por ejemplo, G y C podrían usarse para representar el 0, mientras que A y T representan el 1.

El ADN ofrece una manera de almacenar esta información digital a muy alta densidad: 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, Banal y su asesor postdoctoral, Mark Bathe, profesor de ingeniería biológica en el MIT, desarrollaron una forma de almacenar ADN en partículas de sílice, que podrían etiquetarse con etiquetas que revelarían el contenido de las partículas. Ese trabajo dio lugar a una empresa derivada llamada Cache DNA.

Una desventaja de este sistema de almacenamiento es que se necesitan varios días para incrustar el ADN en las partículas de sílice. Además, para extraer ADN de las partículas se requiere ácido fluorhídrico, que puede ser peligroso para los trabajadores que manipulan el ADN.

Para idear materiales de almacenamiento alternativos, Banal comenzó a trabajar con Johnson y miembros de su laboratorio. Su idea era utilizar un tipo de polímero conocido como termoestable degradable, que consiste en polímeros que forman un sólido cuando se calientan. El material también incluye enlaces escindibles que se pueden romper fácilmente, lo que permite que el polímero se degrade de manera controlada.

“Con estos termoestables deconstruibles, dependiendo de los enlaces escindibles que les coloquemos, podemos elegir cómo queremos degradarlos”, dice Johnson.

Para este proyecto, los investigadores decidieron fabricar su polímero termoestable a partir de 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 tratándolos con una molécula llamada cisteamina.

Debido a que el estireno es tan hidrofóbico, los investigadores tuvieron que encontrar una manera de atraer el ADN (una molécula hidrofílica cargada negativamente) al estireno.

Para ello, identificaron una combinación de tres monómeros que podrían convertir en polímeros que disuelven el ADN ayudándolo a interactuar con el estireno. Cada uno de los monómeros tiene características diferentes que cooperan para sacar el ADN del agua y llevarlo al estireno. Allí, el ADN forma complejos esféricos, con ADN cargado en el centro y grupos hidrofóbicos que forman una capa exterior que interactúa con el estireno. Cuando se calienta, esta solución se convierte en un bloque sólido similar al vidrio, incrustado con complejos de ADN.

INTEGRACIÓN EN UNAS HORAS

Los investigadores llamaron a su método T-REX (xeropreservación mejorada con termoendurecedor). El proceso de incrustar ADN en la red polimérica lleva unas horas, pero ese tiempo 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. Luego se puede agregar un detergente llamado SDS para eliminar el ADN del poliestireno sin dañarlo.

Utilizando estos polímeros, los investigadores demostraron que podían encapsular ADN de longitudes variables, desde decenas de nucleótidos hasta un genoma humano completo (más de 50.000 pares de bases). Pudieron almacenar el ADN que codificaba la Proclamación de Emancipación de Lincoln y el logotipo del MIT, así como la música de fondo de ‘Jurassic Park’.

Tras almacenar el ADN y luego extraerlo, los investigadores lo secuenciaron y comprobaron que no se habían introducido errores, característica fundamental 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 centígrados. Ahora están trabajando en formas de agilizar el proceso de fabricación de los polímeros y darles forma de cápsulas para su almacenamiento a largo plazo.

 
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