La computadora de ADN

La biocomputadora, un aparato que puede realizar 1,000 millones de operaciones por segundo.
Cuauhtémoc Valdiosera

En 2001, los científicos del instituto Weizmann de Ciencia, de Israel, anunciaron a la prensa que habían construido una computadora tan pequeña que podrían caber un millón de millones de ellas en una gota de agua. El software de estos artefactos estaba compuesto de ADN y enzimas y podía realizar, en conjunto, 1,000 millones de operaciones por segundo. El mismo equipo acaba de anunciar un nuevo modelo de su máquina biomolecular, que ya no necesita una fuente de alimentación externa y que trabaja 50 veces más rápido que su predecesora. El libro Guinness de los récords mundiales registró esta máquina como el equipo de computación biológico más pequeño que existe.

- El profesor Ehud Shapiro del Instituto de Ciencia Weizmann, de Israel, presentó la primera computadora autónoma programable fabricada con biomoléculas. Se crean dos combinaciones distintas de adenosina, timina, citosina y guanina que corresponden cada una al uno y cero que utilizan los ordenadores convencionales. Las encimas hardware leen y modifican las moléculas ADN software, creando nuevas moléculas con la computación de uno y cero ya realizada.

- Leonard Adleman no sólo tiene entre sus méritos haber sido el primero en hablar de virus de computadora, sino que, además, fue el primer científico que logró que moléculas de ADN consiguieran reproducir cálculos matemáticos en un entorno controlado. Su modelo, compuesto por tubos de ensayo con muestras de ADN y sondeado por un microprocesador, logró realizar uniones entre nucleótidos, que manipulados de tal forma, obtuvieron combinaciones para enlazarse en sintaxis binarias, iguales a las que manejan los circuitos integrados de un procesador de computadora.

- Cuando se trata de analizar moléculas biológicas tales como proteínas o ADN, las pruebas que se hacen con tubos de ensayo pueden ser demasiado largas. Por esta razón muchos científicos están trabajando para crear lo que llaman chip de laboratorio y otros dispositivos a nanoescala, diseñados especialmente para ordenar, medir y contar las diversas moléculas que forman la vida orgánica.

- No hablamos de ciencia ficción. Utilizando moléculas de ADN, en la década de los 90, se consiguió realizar cálculos matemáticos complejos, aunque hasta ahora las computadoras moleculares no parecían poder tener aplicaciones prácticas a corto plazo.

- Un biocomputador molecular se basa en la utilización de las propiedades de los enlaces químicos y las aprovecha para realizar cálculos matemáticos. Se pueden diseñar moléculas específicas que interactúen con otras también creadas en laboratorio, pero de igual forma se puede plagiar a la naturaleza. Los seres vivos utilizan moléculas orgánicas para procesos vitales que implican intercambio de información. Otra ventaja del sistema natural del ADN es que apenas tiene fallos. Una espiral suya puede ser larga y  compleja pero la lectura y duplicado se realiza por partes y leyendo cuatro tipos distintos de moléculas (adenosina, timina, citosina y guanina).

-  Esto a un organismo vivo le resulta muy útil, pero mucho más provechoso resulta para el diseño de un computador molecular, ya que apenas tendrá errores de procesamiento.

- Aunque nació con futuro incierto, el romance que hace seis años empezaron a cultivar la informática y la bioquímica sigue firme. Tanto, que promete terminar en matrimonio. Gracias al misterio y la inconmensurabilidad del ADN las computadoras biológicas no necesitarán microchips, discos duros ni dispositivos electrónicos. Aunque serán muchísimo más rápidas, potentes y pequeñas que cualquier supercomputadora conocida hasta ahora. En todo el mundo, hay una docena de laboratorios que trabajan para afinar la base de la biocomputación. Por ejemplo, deben determinar si un gramo disecado de ADN permitiría almacenar la información equivalente a la que guardarían un millón de millones de discos compactos. La idea de los expertos es someter a las biocomputadoras a exigencias complejas, aprovechando las capacidades del ADN para combinarse en forma natural. Dos de los experimentos más recientes se llevan a cabo en las universidades norteamericanas de Princeton y Wisconsin. Allí, un grupo de bioquímicos y expertos en computación sigue manipulando tubos de ensayo y perfeccionando algoritmos para hacer menos engorroso el funcionamiento de una computadora de ADN. ¿Cómo trabaja una biocomputadora?, codificando datos según la combinación química de los cuatro elementos que conforman cada molécula de ADN: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Si en el lenguaje de los bits la letra A se expresa mediante la secuencia 01100111, una biocomputadora podría codificarlo como ATTCCGGAAA. Para diseñar biocomputadoras de uso masivo habría que encontrar fórmulas que eviten tener que manejar litros y litros de material genético.

- Cada microscópica molécula de ADN puede almacenar más información que un chip de silicio. Pero como cada una de ellas es más pequeña que un microchip, en el espacio que ocupa un botón se podrían almacenar alrededor de 10 billones de moléculas de ADN. Las futuras generaciones de computadoras se parecerán  tanto a los seres humanos que incluso llegarán a compartir con ellos su misma estructura genética.

- ¿Serán estas biocomputadoras la quinta generación?

- Está en camino una nueva electrónica con nuevos conceptos y materiales con base en estructuras moleculares e incluso supramoleculares biológicas. Esta electrónica molecular –la moletrónica–  es al mismo tiempo el vehículo del procesamiento de información más allá de la actual microelectrónica.

- Con los avances de la electrónica molecular se abren caminos para una bioelectrónica que combina la microelectrónica de alta integración con celdas vivas biológicas, que permitirán una interacción directa con el cerebro humano (más allá de una neuroprótesis microeletrónica). Las biocomputadoras encenderán una revolución molecular que cambiará el mundo en términos de progreso.

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–El autor es director de Comunicación de Infoestratégica, la oficina representativa de The Economist Intelligence Unit en México y director fundador del Instituto Mexicano de la Administración del Conocimiento.
cvaldiosera@infoestrategica.com

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