ADN en un chip: cómo el dispositivo de silicio de Harvard escribe código genético con electricidad

Científicos de Harvard han creado un chip de silicio capaz de escribir simultáneamente decenas de secuencias de ADN distintas, utilizando señales eléctricas y enzimas en solución acuosa en lugar de los reactivos químicos tóxicos en los que se ha basado durante décadas la síntesis convencional de ADN. El equipo describe el dispositivo como una vía más limpia y escalable para fabricar material genético a medida.

La síntesis de ADN, el proceso de construir desde cero una secuencia específica de código genético, sustenta gran parte de la biotecnología moderna, desde el diseño de nuevas vacunas y terapias génicas hasta la ingeniería de microbios que producen sustancias químicas útiles. Sin embargo, los métodos tradicionales de síntesis química generan residuos peligrosos y resultan difíciles de escalar más allá de cierto tamaño.

El nuevo chip se apoya en cambio en enzimas, las máquinas moleculares naturales que las células ya utilizan para construir y reparar el ADN. Al aplicar cargas eléctricas precisas a través de una matriz de diminutos electrodos, los investigadores pueden controlar exactamente en qué punto del chip estas enzimas depositan cada uno de los cuatro componentes químicos básicos del ADN, letra por letra, para deletrear la secuencia deseada.

Como cada electrodo del chip puede controlarse de forma individual, el dispositivo puede, en principio, escribir muchas secuencias de ADN diferentes en paralelo en lugar de una a la vez. Esa estructura paralela es lo que permite producir decenas de secuencias simultáneamente en un solo chip, acelerando drásticamente un proceso que tradicionalmente ha sido lento y costoso.

Utilizar una química enzimática en base acuosa en lugar de los disolventes orgánicos y reactivos tóxicos habituales en la síntesis química de ADN también significa que el proceso genera muchos menos residuos peligrosos, abordando un inconveniente ambiental que ha generado críticas a medida que crece la demanda de ADN sintético en la investigación y la industria.

Los investigadores afirman que la precisión y escalabilidad de la tecnología podrían con el tiempo permitir dispositivos de escritura de ADN verdaderamente portátiles, lo bastante pequeños para usarse fuera de un laboratorio especializado. Eso podría abrir la síntesis de ADN a medida a entornos como estaciones de investigación de campo o laboratorios académicos más pequeños que hoy dependen de encargar pedidos a empresas de síntesis especializadas.

Más allá de las aplicaciones biotecnológicas, los científicos llevan tiempo interesados en el ADN como posible medio de almacenamiento de datos digitales, ya que un solo gramo de ADN puede en teoría codificar una cantidad enorme de información, mucho más densa que los discos duros convencionales, y permanecer estable durante siglos en las condiciones de almacenamiento adecuadas.

Un proceso de escritura paralela basado en chip, como el que describen los investigadores de Harvard, sería un paso significativo hacia hacer viable a gran escala el almacenamiento de datos en ADN, ya que uno de los mayores cuellos de botella en ese campo ha sido el coste y la velocidad de escribir grandes volúmenes de secuencias de ADN a medida.

Los investigadores advierten que se necesita más trabajo de ingeniería antes de que el chip pueda soportar el tipo de almacenamiento de datos en ADN a gran escala que algunos científicos imaginan, ya que probablemente se requerirán nuevos avances químicos para elevar aún más el rendimiento y la precisión más allá de lo que logra el prototipo actual.

Aun así, el equipo afirma que los resultados actuales demuestran que la escritura de ADN enzimática e impulsada por electricidad en un chip es una alternativa viable a los métodos químicos más antiguos, y espera que el enfoque se siga refinando a medida que se optimicen la química enzimática subyacente y el diseño del chip en trabajos futuros.