Artículo publicado por Daniel Strain el 2 de junio de 2011 en Science News

Un nuevo circuito digital diseñado para usar moléculas que calculen una amplia variedad de problemas matemáticos complejos.

El ADN, la molécula de la vida, se convierte en un participante en las olimpiadas matemáticas.

Usando el comportamiento natural de unión y desunión de las hebras de ADN, investigadores de Caltech han desarrollado un nuevo y adaptable método para convertir las moléculas en calculadoras. El diseño abre un rango de posibles circuitos completamente construidos a partir de ADN, capaces de resolver problemas matemáticos básicos, según informa el equipo el 3 de junio en la revista Science.

“Esto es más que genial”, dice Andrew Ellington, biotecnólogo de la Universidad de Texas en Austin. “Es complejo y sofisticado”.

El diseño inicial del equipo de Caltech, un circuito creado a partir de 130 hebras únicas de ADN, calcula la raíz cuadrada de números hasta el 15. En esta calculadora, distintos tipos de hebras de ADN representan 1 y 0, los números binarios en los circuitos digitales estándar.

Los científicos han estado sustituyendo el ADN por números binarios desde 1994, cuando el matemático Leonard Adleman propuso el concepto de computación de ADN en Science. Pero el diseño del grupo de Caltech, como una maqueta de tren, contiene partes básicas que pueden mezclarse y encajar, con lo que el equipo espera que sea capaz de permitir el campo más amplio de cálculos hasta la fecha. “Esto no es un juguete”, dice Ellington.

Los coautores del estudio, Lulu Oian y Erik Winfree, aprovecharon la capacidad natural del ADN de enlazarse, en la cual dos hebras de ADN se unen en sitios complementarios, y desligarse. El diseño básico incorpora dos tipos de ADN sintético en un tubo de ensayo: Moléculas de ADN en una hebra que flotan libres como lobos solitarios, y dobles hebras que transportar una pequeña muesca de ADN abierto llamada “punto de apoyo” (“toehold”). El ADN de hebra simple navega solo hasta tropezar con un par entrelazado de hebras de ADN con un punto de apoyo en el que encaja. Los lobos solitarios se anclan en el punto de apoyo desplegándose, expulsando finalmente una de las dos hebras originales. Después de que esta apertura y cierre de cremallera se realice, en el tubo de ensayo flotarán una nueva molécula de doble hebra y una de hebra simple.

Diseñando con precisión estas cascadas de ADN, el equipo pudo generar moléculas que representaban 1001 en notación binaria, o 9, en la mezcla y aislar una respuesta binaria una vez que terminaban las reacciones resultantes. En este caso, la respuesta fue una raíz cuadrada: Binario 11, o 3. Pero las cascadas, como las maquetas de trenes, son personalizables, y el equipo podría fácilmente haber diseñado un circuito para hacer sumas o restas. “Es la simplicidad lo que permite la complejidad”, dice Winfree, bioingeniero. Al contrario que una de las veloces calculadoras, este ábaco de tubo de ensayo necesitó casi 10 horas para calcular una raíz cuadrada, añade.

Limitaciones aparte, los circuitos que usaron este diseño podrían diagnosticar enfermedades médicas mediante la presencia de cierta molécula en la sangre, comenta Ellington.

Sorprendentemente, el diseño del equipo de Caltech es “muy similar a lo que hacen las células para organizar y calcular su futuro”, dice Adleman, de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles. Como un supercomputador orgánico, la propia célula realiza cálculos similares a los de un circuito diariamente – y de forma rápida. La mejor aplicación de tal experimento puede terminar en la exploración de cómo la biología convierte los trozos de ADN en un organismo dinámico.