A menudo descrito como el modelo de la vida, el ADN contiene las instrucciones para hacer volar a todos los seres vivos, desde un ser humano hasta una casa
Pero en las últimas décadas, algunos investigadores han estado dando un uso diferente a las letras del código genético: hacer pequeñas computadoras a nanoescala.
En un nuevo estudio, un equipo de la Universidad de Duke dirigido por el profesor John Reif creó hebras de ADN sintético que, cuando se mezclan en un tubo de ensayo en las concentraciones correctas, forman un circuito analógico que puede sumar, restar y multiplicar a medida que se forman yromper enlaces
En lugar de voltaje, los circuitos de ADN usan las concentraciones de cadenas de ADN específicas como señales.
Otros equipos han diseñado circuitos basados en ADN que pueden resolver problemas que van desde el cálculo de raíces cuadradas hasta jugar tic-tac-toe. Pero la mayoría de los circuitos de ADN son digitales, donde la información se codifica como una secuencia de ceros y unos.
En cambio, el nuevo dispositivo Duke realiza cálculos de manera análoga midiendo las concentraciones variables de moléculas de ADN específicas directamente, sin requerir circuitos especiales para convertirlas a ceros y unos primero.
Los investigadores describen su enfoque en la edición de agosto de la revista Biología Sintética ACS .
A diferencia de los circuitos basados en silicio utilizados en la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos, las aplicaciones comerciales de los circuitos de ADN aún están muy lejos, dijo Reif.
Por un lado, los cálculos del tubo de ensayo son lentos. Puede tomar horas obtener una respuesta.
"Podemos hacer algo de computación limitada, pero ni siquiera podemos comenzar a pensar en competir con las PC modernas u otros dispositivos informáticos convencionales", dijo Reif.
Pero los circuitos de ADN pueden ser mucho más pequeños que los de silicio. Y a diferencia de los circuitos electrónicos, los circuitos de ADN funcionan en entornos húmedos, lo que podría hacerlos útiles para computar dentro del torrente sanguíneo o en los cuartos estrechos y estrechos de la célula.
La tecnología aprovecha la capacidad natural del ADN de comprimir y descomprimir para realizar cálculos. Al igual que el velcro y los imanes tienen ganchos o polos complementarios, las bases de nucleótidos del ADN se unen y se unen de una manera predecible.
Los investigadores primero crean piezas cortas de ADN sintético, algunas monocatenarias y otras bicatenarias con extremos monocatenarios, y las mezclan en un tubo de ensayo.
Cuando un solo hilo encuentra una combinación perfecta al final de uno de los de doble hebra, se engancha y se une, desplazando el hilo previamente atado y haciendo que se desprenda, como alguien que corta una pareja de baile.
La cadena recién lanzada puede emparejarse a su vez con otras moléculas de ADN complementarias aguas abajo en el circuito, creando un efecto dominó.
Los investigadores resuelven problemas matemáticos midiendo las concentraciones de hebras salientes específicas a medida que la reacción alcanza el equilibrio.
Para ver cómo funcionaría su circuito con el tiempo a medida que avanzaban las reacciones, el estudiante graduado de Reif y Duke, Tianqi Song, utilizó un software de computadora para simular las reacciones en un rango de concentraciones de entrada. También han estado probando el circuito experimentalmente en el laboratorio.
Además de la suma, la resta y la multiplicación, los investigadores también están diseñando circuitos de ADN analógico más sofisticados que pueden hacer una gama más amplia de cálculos, como logaritmos y exponenciales.
Las computadoras convencionales se volvieron digitales hace décadas. Pero para la computación con ADN, el enfoque analógico tiene sus ventajas, dicen los investigadores. Por un lado, los circuitos de ADN analógico requieren menos cadenas de ADN que las digitales, dijo Song.
Los circuitos analógicos también son más adecuados para detectar señales que no se prestan a valores simples de encendido / apagado, todo o nada, como los signos vitales y otras mediciones fisiológicas involucradas en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
La esperanza es que, en un futuro lejano, dichos dispositivos se puedan programar para detectar si los químicos sanguíneos particulares se encuentran dentro o fuera del rango de valores considerados normales, y liberar un ADN o ARN específico, el primo químico del ADN, que tieneun efecto similar a las drogas
El laboratorio de Reif también está comenzando a funcionar en dispositivos basados en ADN que podrían detectar firmas moleculares de tipos particulares de células cancerosas y liberar sustancias que estimulan el sistema inmunitario para defenderse.
"Incluso la computación de ADN muy simple podría tener un gran impacto en la medicina o la ciencia", dijo Reif.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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