Los selfies algún día podrían almacenarse en hilos de ADN

Cuando se trata de almacenar imágenes, los hilos de ADN podrían ser una alternativa sostenible y estable a los discos duros. Los investigadores de EPFL están desarrollando un nuevo estándar de compresión de imagen diseñado específicamente para esta tecnología emergente.

En unos pocos años, colectivamente tomaremos más de 2 billones de fotos cada año. Algunas de las imágenes permanecerán en nuestros teléfonos inteligentes, pero muchas de ellas se almacenarán en la nube, llenando las cintas magnéticas y los discos duros de los centros de datos. Sin embargo, estos sistemas tienen límites en términos de la cantidad de datos que pueden almacenar y por cuánto tiempo, sin mencionar su impacto ambiental.

Una alternativa podría ser almacenar imágenes en el ADN. «Estimamos que un solo gramo de ADN podría tener alrededor de 215 millones de gigabytes de datos», dice Touradj Ebrahimi, experto en procesamiento de imágenes y jefe del grupo de procesamiento de señales multimedia de EPFL. «Ese es el equivalente a 860,000 discos duros externos con una capacidad de 250 GB, o suficiente para almacenar alrededor de 50,000 imágenes, cada una de las cosas».

Miles de años de almacenamiento de datos

El ADN contiene toda la información que los organismos necesitan vivir, crecer y reproducir. Y puede almacenar esta información durante mucho tiempo. En 2022, los científicos descubrieron ADN en la capa de hielo de Groenlandia que tenía 2 millones de años.

Hoy, los científicos pueden leer y escribir este «código de vida» gracias a los avances en la secuenciación y síntesis de ADN. Las cadenas de ADN codifican información genética a través de secuencias específicas de cuatro nucleótidos: adenina (a), timina (T), citosina (C) y guanina (G).

Cuando se usa el ADN para el almacenamiento de datos, el primer paso es convertir el formato binario (0, 1) en secuencias de ADN (A, T, C, G). Estas secuencias se sintetizan en hilos de ADN y se mantienen en entornos adecuados. Cuando llega el momento de leer los datos, los hilos de ADN se decodifican pasando por el mismo proceso a la inversa.

JPEG DNA, el estándar de próxima generación

Este enfoque tiene un gran potencial para el archivo a largo plazo, pero quedan varios obstáculos. Uno es el alto costo; Otro es la cantidad considerable de tiempo necesaria para archivar y recuperar los datos. Sin embargo, el ADN ofrece ventajas importantes en términos de su alta densidad de almacenamiento, larga vida útil y bajo requisito de energía. Esta tecnología está siendo explorada por investigadores de todo el mundo, incluidos los del laboratorio de Ebrahimi.

Como jefe del Comité Conjunto del Grupo de Expertos Fotográficos (JPEG), un puesto que ocupó desde 2014, Ebrahimi está ayudando a Anclar el formato JPEG como el estándar principal de almacenamiento de imágenes adaptándolo a nuevas tecnologías y cambios sociales.

Su proyecto más reciente es el ADN JPEG, realizado en asociación con la Comisión Electrotecnical Internacional, la Universidad Takushoku en Japón y otras organizaciones. El proyecto tiene como objetivo desarrollar un estándar de compresión de imágenes para su uso con ADN sintético. «Es un verdadero desafío recrear imágenes con precisión después de haber sido codificados, sintetizados, almacenados, amplificados y secuenciados», dice Ebrahimi. «Pero con un estándar ampliamente adoptado para recurrir, los ingenieros podrán desarrollar métodos efectivos de codificación y compresión de imágenes».

Como parte de este proyecto, el grupo de investigación de Ebrahimi diseñó un procedimiento de codificación Eso puede usarse para evaluar diferentes métodos de almacenamiento basados en ADN. El procedimiento incluye un conjunto de imágenes predefinidas para ejecutar pruebas, criterios para comparar diferentes métodos, mecanismos de corrección de errores y técnicas para manejar restricciones bioquímicas como la frecuencia y el orden de los símbolos de ADN producidos por la imagen, que pueden desestabilizar las cadenas de ADN.

Codificación de ADN

Para manejar archivos multimedia particularmente grandes, el equipo de investigación desarrolló un nuevo algoritmo de compresión de imágenes que puede codificar eficientemente los datos binarios en secuencias de ADN. Las imágenes proporcionadas en formato .jpg no necesitan decodificarse de antemano. Su nuevo algoritmo no solo es rápido y confiable, sino que también produce menos ADN sintético, requiere menos potencia de procesamiento y ofrece una mejor calidad de imagen.

Los ingenieros de EPFL trabajaron con el Comité JPEG para incorporar tanto el código fuente (para compresión de imágenes) como la codificación de canales ruidosos (para que el programa sea más robusto a los errores y adaptado a las limitaciones bioquímicas del ADN) en el estándar de ADN JPEG.

«Gracias a los avances recientes en inteligencia artificial y aprendizaje automático, deberíamos poder refinar el estándar de ADN JPEG mejorando los mecanismos de codificación y corrección de errores mientras los mantiene compatibles con la sintaxis del estándar y el procedimiento de decodificación de la fuente», dice Ebrahimi.