Imagina un tubo de ensayo lleno de agua. No se parece en nada a un portátil, ¿verdad? Sin embargo, podría, en un futuro no muy lejano, reemplazarlo. Al menos, esa es la promesa del trabajo realizado por un grupo de científicos de la Universidad de Maynooth, en Irlanda, que ha presentado un enorme avance en el campo de la computación con ADN y un nuevo reto en el de la ciberseguridad.
El equipo de Maynooth ha desarrollado el primer ordenador molecular, que utiliza una estructura de soporte de ADN para realizar operaciones matemáticas. Hasta ahora, ha sido capaz de sumar, dividir y multiplicar. Ha llegado a realizar algunas de estas operaciones con números de hasta 25 bits, es decir, cifras del orden de decenas de millones. No necesita un suministro de corriente eléctrica; tan solo agua y calor.
Aunque no es el primer ordenador molecular, sí es el más avanzado. Además, el proyecto ha reabierto una importante pregunta en el campo de la ciberseguridad: si los datos del futuro se guardan y procesan en ADN, ¿cómo se protegen?
Un ordenador en un tubo de ensayo
En un laboratorio a las afueras de Dublín, el equipo de Maynooth creó el ordenador de ADN añadiendo una pequeña gota de agua y sal a un tubo de ensayo, junto con hebras de ADN y un andamio de ADN más largo.
En su artículo para la revista Nature, los investigadores explicaron cómo calentaban y luego enfriaban la mezcla, permitiendo al ADN realizar cálculos. La clave está en el diseño de las secuencias. Los investigadores las eligen para que la combinación que representa la respuesta correcta sea la más estable. Al enfriarse la mezcla, las piezas se reordenan hasta alcanzar ese equilibrio.
“Las moléculas interactúan, forman una estructura y esa estructura es la respuesta”, explicó el profesor Damien Woods, uno de los líderes del proyecto. “Una innovación clave es que el sistema encuentra esa respuesta de forma natural sin necesidad de un aporte continuo de energía”, añade.
Las capacidades del ordenador son modestas comparadas con las de un portátil, pero su repertorio es amplio para una máquina molecular. El sistema suma, multiplica por tres y divide por dos. También comprueba si una cadena de ceros y unos tiene un número par o impar de unos: el principio del bit de paridad, una de las técnicas más antiguas para detectar errores en los datos. En el experimento más ambicioso, el ordenador sumó dos números de 25 bits, cifras de entre 11 y 34 millones.
A día de hoy, la reacción no es tan rápida como la que ocurre con silicio. Un cálculo simple como “10+3” tarda 30 segundos. Para las operaciones más complejas, el ordenador necesitó 14 horas. Sin embargo, en comparación con otros ordenadores de ADN, “el nuestro es el más rápido”, afirmó Abeer Eshra, profesor asistente de la Universidad de Maynooth.
La promesa de la computación con ADN
No es un secreto que el ADN codifica información, al igual que los ordenadores. Y, aunque el proyecto de los investigadores de Maynooth es el más avanzado hasta la fecha en el campo de la computación con ADN, no es el primero.
El creador del término “virus informático”, Leonard Adleman, también es el padre del campo de la computación con ADN. Su experimento de 1994 en la Universidad del Sur de California demostró que las moléculas biológicas podían procesar información y resolver rutas complejas, inaugurando formalmente la disciplina. Adleman utilizó esta técnica para resolver el “problema del viajante de comercio”, codificando datos de ciudades y vuelos en hebras de ADN para obtener la ruta más corta para unir una serie de puntos geográficos lejanos.
Otros científicos han continuado la investigación en este campo. En 2006, Erik Winfree y su equipo en Caltech desarrollaron marcos para programar hebras de ADN individuales con funciones similares a las compuertas lógicas electrónicas. España también tiene un pie en esta carrera. El centro de nanociencia CIC nanoGUNE, en San Sebastián, coordina TextaDNA, un proyecto europeo de 2,5 millones de euros en el que participa la multinacional Eurofins Genomics. Su objetivo es integrar ADN con datos digitales dentro de fibras poliméricas.
El ordenador de Maynooth es impresionante, no solo por su logro, sino por el proyecto del que forma parte. La iniciativa es una pieza clave de DISCO, un proyecto de 4 millones de euros del Consejo Europeo de Innovación. Su objetivo es guardar datos en estructuras de ADN plegado, como una papiroflexia molecular, y analizarlos dentro del propio tubo de ensayo.
Un nuevo campo para la ciberseguridad
Si el ADN es el nuevo sistema para guardar datos, requerirá nuevas técnicas de ciberseguridad. Por un lado, codificar en ADN podría ser una forma de guardar datos aislados de la red, y por ello supuestamente inmunes al ransomware. Podría servir para guardar copias de seguridad críticas, historiales regulados o datos que deben sobrevivir décadas. Sin embargo, desconectado no quiere decir invulnerable. Para leer el ADN hay que secuenciarlo, y los secuenciadores son ordenadores.
En 2017, un equipo de la Universidad de Washington demostró que el ADN podía convertirse en un vector de ataque. Los investigadores escribieron un programa de malware, lo codificaron en las letras de una hebra de ADN sintético y la enviaron a secuenciar. Al procesar la secuencia, el ordenador ejecutó el código y los atacantes tomaron el control. Aun así, los investigadores habían modificado a propósito el software de análisis para que fuera vulnerable, y solo funcionaba el 37% de las veces. El genetista Yaniv Erlich lo calificó de “poco realista”, pero reconoció que los programas de análisis genético tienen estándares de seguridad relativamente laxos.
En Europa, ya existen varios proyectos que buscan asegurar la protección de las bases de ADN. Por ejemplo, el proyecto francés DNASec, financiado por la Agencia Nacional de Investigación, considera que las bases de datos de ADN podrían sufrir robos y filtraciones. Por otro lado, el proyecto DNACryp, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, desarrolla un método de cifrado basado en la PCR, la técnica estándar para amplificar ADN. El objetivo es que solo quien tenga la clave pueda recuperar los datos.
El desafío está sobre la mesa. La computación en ADN es un campo lleno de promesas, pero para que estas se cumplan es fundamental compaginar el almacenamiento seguro del ADN a largo plazo con la posibilidad de recuperar la información cuando se necesite. Es, en el fondo, el mismo equilibrio entre protección y acceso que define cualquier sistema de ciberseguridad.
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