Un disco fisso dura qualche anno, un nastro magnetico qualche decennio. Il DNA conserva informazioni da tempi lunghissimi e ne stipa un'enormità in pochissimo spazio: per questo c'è chi prova a usarlo come memoria. Leggerlo è ormai routine, scriverlo molto meno. Il progetto HYPERION ha sintetizzato 64 sequenze di DNA in parallelo su un normale chip di silicio, in acqua invece che in solventi aggressivi, e l'ostacolo vero si è rivelato altrove — alla fine puoi scoprire se anche tu sai riconoscere il collo di bottiglia giusto.
I dati prodotti nel mondo crescono più in fretta dei magazzini che dovrebbero contenerli, e i supporti su cui li teniamo invecchiano alla svelta. Il DNA interessa per due ragioni molto concrete. La prima è la densità: una molecola minuscola porta con sé una quantità di informazione che nessun supporto elettronico avvicina. La seconda è la durata, perché sequenze ancora leggibili si recuperano da materiale biologico antichissimo.
Una memoria che non va ricopiata ogni pochi anni e non occupa capannoni sarebbe perfetta per gli archivi che quasi nessuno consulta, ma che nessuno può nemmeno cancellare.
Il modo classico di fabbricare DNA artificiale si chiama chimica con fosforamidite. Funziona, ed è capace di produrre milioni di sequenze, ma lavora con solventi organici pericolosi. Questo la lega a strutture centralizzate, attrezzate per maneggiare e smaltire quei reagenti: non è il genere di processo che si sistema accanto a un server. Se l'obiettivo è scrivere dati, e non qualche filamento per un esperimento, il vincolo pesa parecchio.
L'alternativa studiata dal progetto HYPERION, finanziato dall'Unione europea, è la sintesi enzimatica: invece di costruire la catena con reagenti aggressivi, il lavoro tocca a enzimi che operano in acqua, più o meno come accade dentro una cellula. È una via più pulita, a base acquosa, che imita quello che la natura fa da sempre.
Il risultato del gruppo è stato pubblicato su Nature Electronics: 64 sequenze distinte scritte in parallelo su un chip a semiconduttore, contro il limite precedente di circa una dozzina.
La parte più curiosa riguarda l'origine del chip. Il gruppo guidato dal professor Donhee Ham, dell'Università di Harvard, lavorava su circuiti capaci di dialogare con le cellule nervose attraverso minuscoli elettrodi. Poi è arrivata la domanda che ha cambiato la direzione del progetto.
«A un certo punto ci siamo chiesti se quello stesso controllo della corrente potesse essere reindirizzato dalle cellule alle molecole, sostituendo gli elettrodi rivolti verso i neuroni con coppie di elettrodi ad anello in grado di localizzare il pH per la sintesi del DNA», racconta Donhee Ham.
Il meccanismo è più semplice di quanto sembri e sta tutto nel controllo locale dell'acidità:
Detto altrimenti: la corrente elettrica diventa una penna. Non traccia lettere, sceglie dove e quando la chimica può avvenire.
Qui arriva il risultato che il gruppo non si aspettava. Avvicinando i siti di sintesi per farne stare di più, le molecole intermedie prodotte durante la rimozione dei gruppi protettivi hanno cominciato a spostarsi verso i siti vicini. L'elettronica faceva il suo lavoro; a cedere era la chimica.
«Il chip ha fatto ciò che gli abbiamo chiesto di fare, ovvero localizzare un pH basso in siti selezionati. Il limite derivava dalla chimica di deprotezione, non dal silicio», osserva Han Sae Jung, tra i principali coautori dello studio.
Sulla scala che servirebbe davvero, Woo-Bin Jung, anche lui coautore principale, è netto: «L'archiviazione dei dati basata sul DNA richiede che la sintesi di quest'ultimo operi su una scala molto al di là delle esigenze odierne».
Un solo esperimento tocca tre percorsi di studio. L'elettronica progetta il circuito e le coppie di elettrodi ad anello. La chimica decide se la reazione si lascia confinare dove vogliamo. L'informatica stabilisce come un testo diventa una sequenza di basi e come si rilegge senza errori. Chi immagina queste discipline come corridoi separati qui trova la prova del contrario: il problema è uno, le lingue per descriverlo sono tre.
C'è una seconda lezione, meno visibile. Il risultato più utile dello studio non è il numero 64, ma la scoperta che l'ostacolo non stava dove tutti lo cercavano. Nella ricerca capita spesso che individuare il collo di bottiglia vero valga più che superarlo al primo tentativo: indica a tutti gli altri dove scavare.
HYPERION ha mostrato che un chip di silicio può guidare la sintesi enzimatica del DNA in acqua, scrivendo 64 sequenze in parallelo e codificando 169 byte di testo. Il numero resta lontano dalla scala di un archivio reale, ma la strada è più pulita di quella dei solventi organici e, soprattutto, adesso si sa dove intervenire: sulla chimica di deprotezione, non sull'elettronica. Sapere qual è l'ostacolo vero è spesso metà del lavoro.
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