Computadora basada en ADN puede ejecutar 100 mil millones de programas diferentes

Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, en China, han construido circuitos integrados de ADN de propósito general que poseen la capacidad y versatilidad para calcular raíces cuadradas de números o resolver ecuaciones cuadráticas.

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

Fei Wang y sus colegas se propusieron crear circuitos similares a los de un chip de computadora, pero con moléculas de ADN actuando como cables e instruyendo a estos cables a configurarse de ciertas maneras.

Cuando ingresas un comando en una computadora convencional, instruye a los electrones a fluir a través de un camino específico en un chip de silicio. Estas configuraciones de circuitos corresponden a operaciones matemáticas diferentes —y agregar funciones a los chips implica agregar dichos caminos—.

Para reemplazar el cableado con ADN, Wang y su equipo modelaron cómo combinar segmentos cortos de ADN en estructuras más grandes que pudieran servir como componentes de circuitos, como cables, o funcionar para dirigir esos cables a formar diferentes configuraciones.

Llevaron esto a la práctica llenando tubos con hebras de ADN y un fluido de amortiguación, permitiendo que se unieran entre sí y se combinaran en moléculas más grandes a través de reacciones químicas. Los investigadores también equiparon todas las moléculas con marcadores de fluorescencia para poder seguir el rastro de lo que el circuito estaba haciendo en función de cómo brillaban sus partes.

Llamaron a los componentes básicos de su computadora «conjuntos de puertas programables basados en ADN» (DPGA, por sus siglas en inglés), y cada DPGA podía diseñarse para implementar más de 100 mil millones de circuitos distintos al agregar diferentes moléculas cortas en su tubo.

Las funciones de cómputo se emparejaron con moléculas de ADN en un tubo de ensayo. Crédito: Lv et al., Nature, 2023.

En un experimento, conectaron tres DPGAs —que comprendían alrededor de 500 hebras de ADN— para crear un circuito que resolvía ecuaciones cuadráticas, y en otro, crearon un circuito para calcular raíces cuadradas. Introducían números agregando moléculas de una forma específica que luego participaban en reacciones químicas con moléculas que conformaban el circuito, de manera análoga a un electrón que se mueve a través de cables.

Los resultados de cada circuito eran moléculas producidas por la última reacción. Los científicos podían leerlos midiendo su brillo fluorescente.

Utilizaron métodos similares para diseñar un DPGA que podía clasificar diferentes moléculas de ARN pequeñas, identificando las relacionadas con un tipo de cáncer renal.

Este último experimento marca el comienzo de lo que el equipo finalmente quiere lograr con la tecnología DPGA.

«Debido a que las moléculas de ADN son inherentemente compatibles con sistemas biológicos, podrían ofrecer una forma natural de realizar diagnósticos inteligentes de diferentes tipos de enfermedades a través del contacto directo con fluidos corporales o incluso desde dentro de las células», afirma Wang. «Los dispositivos de diagnóstico basados en DPGA serían altamente eficientes y capaces de ejecutar muchas operaciones al mismo tiempo».

El estudio detallando este hito ha sido publicado en Nature.

Fuente: NS. Edición: MP.