TECNOLOGÍA

Científicos chinos desarrollan la primera computadora programable de ADN con miles de aplicaciones potenciales

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Científicos chinos han creado lo que podría ser la primera computadora programable de ADN capaz de ejecutar miles de circuitos diferentes, según un nuevo estudio publicado en la revista Nature. Estos investigadores afirman que esta máquina líquida podría resolver problemas matemáticos y, en el futuro, ser utilizada para el diagnóstico de enfermedades.

A diferencia de las computadoras regulares que dependen de microchips de silicio, las computadoras de ADN utilizan las moléculas que la naturaleza ha utilizado para codificar los planos de la vida durante miles de millones de años. La computación de ADN realiza cálculos mediante operaciones de laboratorio, utilizando cadenas de ADN como entradas y salidas.

Una ventaja potencial que la computación de ADN podría tener sobre la computación regular es la densidad de datos que puede almacenar; en teoría, el ADN puede almacenar hasta un exabyte, o 1 mil millones de gigabytes, por milímetro cúbico. Además, trillones de moléculas de ADN pueden caber en una gota de agua, lo que sugiere que la computación de ADN es capaz de realizar una gran cantidad de cálculos en paralelo con un consumo de energía muy bajo.

Funcionamiento de las Computadoras de ADN

El ADN está compuesto por cadenas de cuatro moléculas diferentes conocidas como bases: adenina, timina, citosina y guanina, abreviadas como A, T, C y G. En electrónica, los datos suelen codificarse en series de ceros y unos. En la computación de ADN, los pares de números 00, 01, 10 y 11 se pueden codificar como A, T, C y G.

La computación de ADN realiza cálculos en función de la forma específica en que las bases se unen entre sí. La adenina se combina con la timina y la citosina con la guanina; una cadena corta compuesta por ATCG, por ejemplo, se uniría a TAGC y no a otras secuencias.

Un problema importante que ha enfrentado la computación de ADN es desarrollar matrices programables de compuertas lógicas. La mayoría de las computadoras de ADN están diseñadas para realizar solo algoritmos específicos o un número limitado de tareas computacionales. En contraste, las computadoras regulares son máquinas de propósito general que ejecutan software que les ayuda a realizar muchas tareas.

Superando los Desafíos Técnicos

Para superar este problema, los investigadores construyeron llamadas “origamis de ADN”. Diseñaron secuencias de ADN de tal manera que la cadena resultante se adhiera a sí misma y se doble en virtualmente cualquier forma 2D o 3D deseada. Los origamis de ADN pueden plegarse y mantenerse juntos porque cada base de ADN se une a una pareja específica.

En estas nuevas computadoras de ADN, los oligonucleótidos, segmentos cortos de ADN, se mueven en tubos de ensayo de manera similar a cómo los electrones se mueven en las computadoras regulares. En sus experimentos, los investigadores utilizaron una computadora de ADN compuesta por 30 compuertas lógicas con alrededor de 500 cadenas de ADN para encontrar raíces cuadradas con precisión. También la utilizaron para identificar tres moléculas genéticas relacionadas con el cáncer de riñón. Cuando la computadora recibió 18 muestras enfermas y cinco saludables, detectó y reportó correctamente cuáles eran en aproximadamente 2 horas.

Aunque estas nuevas computadoras de ADN no reemplazarán las computadoras regulares en tareas convencionales debido a la duración de los cálculos, podrían ser útiles en aplicaciones biomédicas, como la programación celular y el diagnóstico molecular. Los investigadores también están trabajando en la automatización de la computación de ADN para hacerla más eficiente y accesible.


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