El ADN almacena las instrucciones para la vida y, junto con las enzimas y otras moléculas, calcula todo, desde el color del cabello hasta el riesgo de enfermedad. Aprovechar esta capacidad y su enorme capacidad de almacenamiento podría conducir a computadoras basadas en ADN que sean más rápidas y más pequeñas que las versiones actuales basadas en silicio. Como un paso hacia ese objetivo, informan los investigadores. Ciencia central de ACS Un método de computación de ADN secuencial y rápido que también es reescribible, al igual que las computadoras actuales.
“La computación del ADN tiene escenarios de aplicación únicos como paradigma de la computación líquida y ofrece el potencial para el almacenamiento de datos a gran escala y el procesamiento de archivos digitales almacenados en el ADN”, según Wang, coautor del estudio.
En los organismos, el ADN se expresa de forma secuencial: los genes se transcriben en ARN, que se traduce en proteínas. Este proceso ocurre simultánea y repetidamente con muchos genes. Si los investigadores pueden replicar esta danza compleja y elegante en computadoras basadas en ADN, los dispositivos podrían ser más poderosos que las máquinas actuales basadas en silicio. Los investigadores han demostrado la computación secuencial del ADN para tareas especializadas y altamente enfocadas. Pero hasta hace poco, no había habido muchos avances en el desarrollo de dispositivos de ADN más generales y programables que pudieran usarse y reutilizarse para diferentes aplicaciones.
En investigaciones anteriores, Chenhai Fan, Wang y sus colegas desarrollaron un circuito integrado de ADN programable con muchas puertas lógicas que sirven como instrucciones para las operaciones del circuito. Así es como funcionó:
- El dato, 0 o 1, estaba representado por un pequeño trozo de ADN monocatenario, llamado oligonucleótido, que constaba de una serie de bases: adenina, timina, guanina y citosina. (En la naturaleza, la secuencia de bases codifica un gen).
- Por ejemplo, dos entradas de 1 (cadenas de ADN 1 y 2) interactuarán con una molécula de ADN de puerta lógica OR.
- Luego, en un tubo lleno de líquido, el oligonucleótido de entrada interactúa con una molécula de ADN de puerta lógica y genera un oligonucleótido de salida.
- El oligonucleótido de salida se une a un ADN monocatenario diferente que se dobló en una estructura similar a un origami, llamada registro en la jerga informática.
- El oligonucleótido se “lee” examinando su secuencia de bases, se libera y se utiliza en el vial que contiene la siguiente puerta, y así sucesivamente.
Este proceso llevó horas y había que transferir manualmente el oligonucleótido de una puerta a otro vial para la siguiente operación informática. Entonces el equipo, junto con Hui Lv y Sisi Jia, querían acelerar las cosas.
Para hacer que el proceso de reacción sea más eficiente y compacto, el equipo primero colocó el registro de origami de ADN en una superficie 2D de vidrio sólido. El oligonucleótido de salida que flota en el líquido desde una puerta lógica específica se conecta luego a un registro en el vidrio. Luego de leer el oligonucleótido de salida y determinar las instrucciones de la puerta lógica, se procedió a su desmontaje, lo que restableció el registro para poder reescribirlo, evitando así la necesidad de mover o cambiar los registros. Los investigadores también diseñaron un amplificador que amplificaba la señal de salida para que todas las piezas (puertas, oligonucleótidos y registros) pudieran encontrarse fácilmente entre sí. En un experimento de prueba de concepto, todas las reacciones informáticas del ADN se llevaron a cabo en un solo tubo en 90 minutos.
“Esta investigación allana el camino para el desarrollo de circuitos informáticos de ADN a gran escala con alta velocidad y sienta las bases para la depuración visual y la ejecución automatizada de algoritmos moleculares de ADN”, afirma Wang.
