Crean un ordenador de ADN que integra miles de millones de circuitos

Un equipo de investigadores chinos ha creado un sistema de circuitos integrados de ADN (DIC) en forma de un ordenador biológico "líquido", que puede integrar la asombrosa cifra de 100 mil millones de circuitos independientes, lo que demuestra su versatilidad: cada uno de ellos es capaz de ejecutar su propio programa informático. El sistema, que mostró su habilidad para resolver ecuaciones cuadráticas, puede ser un gran avance en el campo de los llamados "ordenadores vivos".

Científicos de la Universidad Jiao Tong de Shanghai y la Academia China de Ciencias han creado un nuevo tipo de unidad informática programable basada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN), marcando un paso clave hacia la creación de un ordenador de ADN de uso general. En un nuevo estudio, publicado en la revista Nature, los especialistas comprobaron que los circuitos integrados de ADN pueden resolver problemas matemáticos: además, podrían utilizarse para clasificar pequeñas moléculas de ARN (ácido ribonucleico) relacionadas con enfermedades.

Hacia los ordenadores de ADN

Según un artículo publicado en Science Alert, los investigadores han comenzado a desarrollar en las últimas décadas un uso completamente nuevo para el ADN, el código genético que contiene las instrucciones básicas para la vida. Descubrieron que el ADN es un medio de almacenamiento de información extremadamente completo y eficiente, que puede superar a los circuitos electrónicos y fotónicos basados en semiconductores, que dominan actualmente el campo de la informática.

En 1994, Leonard Adleman desarrolló el primer prototipo de un dispositivo bioinformático basado en ADN. Desde entonces, se han creado muchos dispositivos de este tipo, pero con la limitación de que cada uno de ellos solo podía emplearse para un uso específico, según informa Phys.org. Al igual que sucede con los ordenadores cuánticos, los sistemas informáticos de ADN han quedado restringidos hasta hoy a un uso únicamente ligado a la investigación científica especializada.

La nueva investigación ha superado varios de estos problemas: gracias a eso, ha logrado que el sistema basado en ADN, que puede integrar más de 100 mil millones de circuitos distintos, adquiera programabilidad. Esta característica permite la especificación del dispositivo para realizar varios algoritmos al mismo tiempo. También ha alcanzado la escalabilidad, otra de las limitaciones que presentaban los sistemas anteriores, permitiendo manejar una cantidad creciente de trabajo e información, a través de la adición de recursos al sistema.

Cada vez más eficientes

Otro de los inconvenientes que mostraban los prototipos y desarrollos previos era que las moléculas biológicas tienden a difundirse y mezclarse con otras sustancias, lo que dificulta la aplicación de esta estrategia a la informática de uso general. Mediante la integración de matrices de puertas programables (DPGA) basadas en ADN multicapa, los especialistas chinos superaron este problema, logrando que los circuitos se integraran con eficiencia y llegaran a resolver ecuaciones cuadráticas.

Los DPGA se fabricaron mezclando hebras de ADN con un líquido específico en tubos de ensayo, basándose en reacciones químicas para realizar las uniones y las combinaciones necesarias para construir los circuitos integrados de ADN (DIC). Los investigadores pudieron ensamblar 30 puertas programables con alrededor de 500 cadenas de ADN, trabajando para controlar la colisión aleatoria de moléculas. 

Según informa la Agencia de Noticias Xinhua, el uso de polímeros monocatenarios como señal de transmisión uniforme logra integrar de manera confiable los circuitos empleados, con fugas mínimas y alta fidelidad de la información, algo vital para desarrollar un ordenador de ADN de uso general y que era otra de las limitaciones apreciadas en estudios previos.

Por último, los científicos sostienen que al equipar a este sistema con un convertidor analógico a digital, el dispositivo se podrá utilizar para clasificar diminutas moléculas de ARN, algunas de las cuales pueden aislarse y emplearse como marcadores biológicos de ciertos tipos de células cancerosas. El desarrollo de este nuevo enfoque promete darle un fuerte impulso a los ordenadores de ADN, aunque todavía queda un largo camino por recorrer hasta lograr que puedan utilizarse en la vida cotidiana. 

Referencia

DNA-based programmable gate arrays for general-purpose DNA computing. Hui Lv et al. Nature (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06484-9