Rumbo a la Luna: cómo funciona la tecnología que permitirá secuenciar ADN en el espacio

La carrera hacia el espacio se ha acelerado y el regreso al satélite natural de la Tierra tiene fecha, cientos de proyectos y preparativos para poder lograrlo. El 24 de julio de 2019 la NASA se propuso una misión ambiciosa: el programa Artemis, con el cual se pretende mandar a la primera mujer y al próximo hombre a la Luna en 2024 y empezar así una nueva etapa de viajes y permanencia en el satélite y de exploración a otros planetas, como Marte. Para lograrlo, tener información sobre la salud de los humanos y de los posibles cultivos y plantas que necesitarían para vivir allí es de vital importancia. El espacio se podría convertir en una industria de miles de millones de dólares y todo un ecosistema de empresas, estados y gigantes tecnológicos se preparan para protagonizar esta nueva era.

Una de las habilidades que se busca desplegar en la próxima misión es la de lograr la secuenciación de ADN en el espacio sin necesidad de “bajar” toda esa información a la Tierra. Esto aportaría agilidad en la toma de decisiones y nuevas posibilidades para la vida humana y de cultivos en el espacio. Dentro de esos proyectos la NASA trabaja en asociación con IBM para utilizar la tecnología de Edge Computing para lograrlo.

LA NACION habló en exclusiva con Naeem Altaf, jefe de Tecnología espacial de IBM y con Bryan Dnasberry, especialista en educación de NASA para conocer los detalles de este proyecto, que además de funcionar para las misiones Artemis es también importante para las futuras misiones a Marte (que podrían durar muchos años), para analizar cómo el entorno espacial y la exposición prolongada a la radiación afecta la composición genética de organismos, desde las plantas hasta las personas.

Procesos en órbita

Para estudiar estos cambios en el ADN e identificar los microbios que se encuentran a bordo, la Estación Espacial Internacional (ISS) está equipada con un secuenciador del tamaño de una barra de cereal para que los astronautas puedan analizar muestras, como parte de estudios a largo plazo sobre qué tipos de microbios hay en la estación espacial, tanto en el ambiente como en el cuerpo de los astronautas. “Actualmente, las muestras se secuencian en la ISS y la enorme cantidad de datos resultantes se envían a la Tierra para su procesamiento, lo que lleva de 6 a 8 semanas. La solución que estamos desarrollando en IBM puede realizar los cálculos directamente en la estación, reduciendo el tiempo a 6-8 horas. Esto aumenta la capacidad de análisis de datos en órbita, lo que puede ser muy beneficioso para los investigadores y demuestra un nivel de independencia del soporte de computación terrestre, que será esencial para futuras misiones de la NASA en el sistema solar. Hasta ahora los datos se capturan en discos duros y se envían a la Tierra vía comunicación de satélites para su análisis”, introduce el tema Naeem Altaf, el CTO de espacio de IBM mientras conversa por videollamada con LA NACION en la que asoma, detrás de él, una réplica en miniatura de un cohete espacial. El foco del trabajo de Naeem es tecnologías de edge computing, inteligencia artificial, robótica y aprendizaje de máquinas, preparar los ambientes para el funcionamiento de estas tecnologías en el espacio, prever los problemas o distintos escenarios que pueden surgir en las distintas etapas de los proyectos y desarrollar soluciones automatizadas que permita que los sistemas y robots se “auto reparen”, entre otras tareas.

Pero ¿de qué se trata entonces edge computing? “Es la posibilidad de tener el poder de cómputo y el almacenamiento de datos donde se produce la información. De este modo se puede reducir la latencia, el tiempo y costo que demanda el movimiento de los datos de un lugar al otro”, explica el CTO de Espacio. Hasta ahora la secuenciación de ADN se recolecta en el espacio y se envía a la Tierra para su análisis. El proceso es el siguiente: la estación internacional espacial viaja a 17500 millas por hora y puede dar la vuelta a la Tierra cada 90 minutos. La manera en la que se comunica es a través de satélites que están en la órbita geoestacionaria, que forman una constelación de satélites. Desde estos es que retransmite la información hacia las estaciones en la Tierra y se almacena en centros de datos. Ese es el mecanismo por el que se sube y baja información entre las estaciones terrestres y espacial, depende de los satélites y el del ancho de banda en las comunicaciones, recurso escaso que se utiliza para correr cientos de experimentos a la vez.

Cuando se habla de secuenciación de ADN de los organismos, de lo que se trata es de conocer las características de estos organismos, por lo que en el espacio puede ser de gran beneficio monitorear la salud de los astronautas, por ejemplo, o para buscar evidencia de enfermedades infecciosas en el espacio y tomar acción rápidamente. Los astronautas toman muestras de la superficie y lo almacenan en un dispositivo móvil de secuenciamiento de ADN que se conecta a una laptop. Una vez que se analiza genera la información “cruda” que puede llegar a tener un peso de cientos y cientos de gigabytes. Luego la data se transmite a los satélites a la Tierra para procesarse y todo este proceso lleva semanas o meses.

“Edge Computing en órbita” es el nombre de la solución en la que trabaja en el equipo de IBM junto al Laboratorio de Microbiología JSC de NASA (NML, por sus siglas en inglés) que está interesado en probar la capacidad del sistema para analizar el ADN microbiano ambiental obtenido de las superficies de la ISS y muestras de agua potencialmente potable. La solución personalizada “de borde” utiliza la tecnología de código abierto de Red Hat Code Ready Containers (una aplicación que contiene todas las librerías de datos necesarias) para crear un cluster OpenShift, un nodo único a bordo de la estación espacial, permitiendo que el análisis se realice directamente en la ISS. La solución se conecta en tierra con la nube de IBM (IBM Cloud), donde los investigadores desarrollarán, probarán y prepararán su código para ser ejecutado en la ISS. Naeem Altaf explica el paso a paso: “La solución en el espacio tiene una secuenciación de varios procesos, (se recibe, se alinea, se analiza, se genera el reporte) todo este proceso puede llevar de 6 a 8 horas y al final del día genera un archivo que pase menos de 1 megabyte”, explica y dibuja para que se entienda el proceso. “En este caso de edge computing se pasa de mover cientos de gigas en data a través de los satélites a las bases terrestres, se logra todo en el espacio en menos de un día. Ese archivo final es todo lo que los científicos necesitan para analizar. Entonces se reduce el tiempo, la latencia y se preserva el ancho de banda que es un recurso crítico en las comunicaciones de la estación espacial, porque hay muchos proyectos corriendo al mismo tiempo”, dice.

El especialista en educación de la NASA Bryan Dnasberry, también se muestra entusiasmado ante las posibilidades de este avance que señala marca una nueva evolución de las capacidades de la ISS. “Esto demuestra una gran evolución de lo que se puede lograr desde la estación espacial. Hace 20 años era todo un logro poner una plataforma en la órbita baja, fuimos desarrollando más y más infraestructura que habilite la gran variedad de investigaciones científicas. Hasta ahora no se podía analizar esa cantidad de data donde se recogía y la posibilidad que esto abre de no tener que esperar meses, a veces años, o estar atados a las limitaciones de ancho de banda para poder analizar la data una vez bajada a la Tierra es un gran paso”, dice.

Dansberry explica que este análisis in situ permitirá entender mejor la microbiología, por ejemplo, cómo los microbios responden al ambiente, o cómo crecen en los interiores de esta estación, analizar muchísimas muestras y avanzar con las conclusiones. “Y mientras nos preparamos para ir a la Luna y eventualmente a Marte es importante contar con esta nuevas capacidades de procesamiento de información. Estar haciendo estas pruebas ahora con estas tecnologías es un terreno ganado para las próximas misiones, como la Artemis”, dice. El científico de la NASA señala además como la formación en tecnología, bioinformática, telemedicina e IA ha avanzado en la currícula educativa de los astronautas. “La secuenciación del ADN es un muy buen ejemplo, hace unos meses una de las astronautas estaba trabajando en crear un mapa completo de los microbios con los que trabajan en la Estación Espacial Internacional, toman muestras de miles de distintas locaciones por meses para lograrlo y todo eso necesitó ser llevado a la Tierra para su análisis, esperamos que en el futuro todo eso ser pueda realizar en el espacio y dar las respuestas a ese mapa en tiempo real. Y una meta conjunta seria lograr esto para las próximas misiones”, cierra.

Según Altaf estos avances permiten soñar con un futuro multiplanetario. “Con robots que pueden auto sanarse, podemos imaginar pequeñas ciudades inteligentes en la Luna o Marte y máquinas autónomas que aprenden. Vendrán desafíos también de múltiples actores que buscarán habitar el Espacio. Por ahora avanzamos en esquemas híbridos con pruebas en la Tierra y en el Espacio que nos permiten avanzar hacia esos futuros posibles”, cierra.

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