Computadoras basadas en ADN

Historia En 1994 un científico experto en informática de la University of Southern California, Leonard Adelman, sugirió que el ADN podría ser usado para resolver problemas matemáticos complejos. Adelman encontró una manera de adaptar la capacidad del ADN para solucionar el problema hamiltoniano de la trayectoria (el problema del vendedor que viaja) cuya solución requiere encontrar una trayectoria desde el principio al final a través de los puntos (ciudades) solo una vez. Cada ciudad fue codificada como su propia secuencia de ADN (la secuencia del ADN consiste en una serie de nucleotides representados por las letras A, T, G, C). Las secuencias de ADN fueron establecidas para replicar y crear trillones de nuevas secuencias basadas en las secuencias del input inicial en apenas segundos (llamado hibidrización del ADN). La teoría mantiene que la solución al problema era una de las nuevas secuencias. Por proceso de eliminación, podría obtenerse la correcta solución. El experimento de Adelman es considerado como el primer ejemplo de verdadera nanotecnología.

Objetivo de estas computadoras La principal ventaja de utilizar ordenadores de ADN para resolver problemas complejos es que se generan todas las posibles soluciones de una vez. Humanos y la mayoría de los ordenadores electrónicos deben resolver los problemas uno a uno (linear processing). El ADN en sí mismo proporciona la ventaja añadida de ser un recurso barato y eficiente en el consumo de energía. En una perspectiva diferente, más de 10 trillones de moléculas de ADN podrían ocupar no más de 1 centímetro cúbico. Con esto, un ordenador / computadora de ADN podría contener 10 terabytes de datos y una capacidad de 10 trillones de procesos de cálculo al mismo tiempo.

Diferencias “La computación basada en el silicio se apoya en un sistema binario”, “Con la computación basada en ADN se puede hacer mucho más que unos y ceros”.

Programando con ADN: Paso 1: Crear una secuencia de ADN única para cada ciudad (de A hasta G). Para cada camino, por ejemplo, de A a B, crear una pieza de ADN que concuerde con la última mitad de A y la primera mitad de B: Aquí el bloque rojo representa a la ciudad A, mientras que el bloque naranja representa a la ciudad B. El bloque mitad rojo mitad naranja que conecta a los otros dos bloques, representa el camino de A a B. En un tubo de ensayo, todas las diferentes piezas de ADN se conectarán unas con otras al azar, formando caminos a través del grafo.

Paso 2: Debido a que es difícil "remover" el ADN de la solución, el ADN que empezaba en A y terminaba en G fue copiado una y otra vez hasta que el tubo de ensayo contuviera mucho de ése ADN relativo a las otras secuencias secuencias aleatorias. Esto es esencialmente lo mismo que remover todas las otras piezas. Imagine un cajón de calcetas que inicialmente contiene una o dos calcetas de colores. Si pone ahí cien calcetas negras, es muy probable que cuando saque una del cajón todo lo que obtenga sean calcetas negras!

Paso 3: Por peso, las secuencias de ADN que tuvieran 7 "ciudades" de largo fueron separadas del resto. Una "sieve" fue usada la cual permite que pasen rápidamente pedazos pequeños de ADN, mientras que los segmentos más largos son frenados.El procedimiento usado en realidad permite aislar las piezas que son precisamente de 7 ciudades de largo.

Paso 4: Para asegurar que las secuencias que nos quedan pasan por todas las ciudades, fueron usadas piezas "pegajosas" de ADN unidas a magnetos para separar el ADN. Los magnetos fueron usados para asegurar que el ADN que queremos permanezca en el tubo de ensayo, mientras que el ADN no requerido es removido. Primero, los magnetos se quedaban con todo el ADN que pasara por la ciudad A en el tubo de ensayo, luego por B, luego C, y D, y así sucesivamente. Al final, el ADN que permanece en el tubo fue aquél que pasa por todas las ciudades.

Paso 5: Todo lo que falta es secuenciar el ADN, revelando el camino de A a B a C a D a E a F a G.

Conclusión: Es muy improbable que las computadoras de ADN sean utilizadas para procesamiento de palabras en el futuro cercano. En cambio, son una verdadera promesa para resolver problemas que requieren una enorme cantidad de cómputo y almacenamiento. Aunque tal vez Watson y Crick jamás imaginaron que su investigación fuera a repercutir en las ciencias exactas y la tecnología, ciertamente el cómputo ADN no es una ficción, sino una ciencia en desarrollo y con enormes posibilidades.