Operaciones matemáticas realizadas por circuitos de ADN

Algún día, quizá más pronto de lo que creemos, podrían crearse ordenadores de ADN programables para diagnosticar y tratar enfermedades.

Descrito a menudo como los planos de la vida, el ADN contiene las instrucciones para dar forma a todos los seres vivos, desde un humano a una mosca.

Pero en las últimas décadas, algunos investigadores han dado a las letras del código genético un uso diferente: formar parte de diminutas computadoras a escala nanométrica.

En un nuevo estudio, el equipo de John Reif y Tianqi Song, de la Universidad Duke en Durham, Carolina del Norte, Estados Unidos, creó hebras de ADN sintético que, al ser mezcladas en un tubo de ensayo con las concentraciones adecuadas, forman un circuito analógico que puede sumar, restar y multiplicar mediante la creación y la ruptura de enlaces.

En vez de voltaje, los circuitos de ADN usan como señales las concentraciones de hebras específicas de ADN.

Otros equipos han diseñado circuitos basados en el ADN que pueden resolver problemas matemáticos. Pero la mayoría de ellos son digitales, en el sentido de que la información está codificada como una secuencia de ceros y unos.

En cambio, el nuevo dispositivo de la Universidad Duke realiza cálculos de un modo analógico, midiendo directamente las concentraciones variables de moléculas concretas de ADN, sin precisar una circuitería especial para convertir primero las señales en ceros y unos.

A diferencia de los circuitos basados en el silicio, utilizados en la mayoría de los sistemas electrónicos actuales, los circuitos de ADN solo permiten cálculos lentos. Pueden necesitarse horas para obtener una respuesta.

Sin embargo, los circuitos de ADN pueden ser mucho más diminutos que aquellos hechos de silicio. Y a diferencia de los circuitos electrónicos, los de ADN funcionan en entornos húmedos, lo que podría hacerlos útiles para computar dentro del torrente sanguíneo o de una célula.

Con este tipo de diseño, el ADN es potencialmente capaz de realizar otras operaciones matemáticas aparte de sumar, restar y multiplicar. Los investigadores están diseñando circuitos de ADN analógicos más sofisticados que puedan llevar a cabo una amplia variedad de cálculos, como logaritmos y potencias.

Los circuitos analógicos son asimismo más adecuados para detectar señales que no dan pie a valores sencillos de todo o nada (apagado/encendido), como es el caso de las constantes vitales y otras mediciones fisiológicas implicadas en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades.

La esperanza es que, en un futuro quizá no muy lejano, tales dispositivos puedan ser programados para notar si ciertas sustancias sanguíneas se hallan dentro o fuera de los márgenes de valores que se consideran normales, y liberar un ADN o un ARN (el "primo" químico del ADN) específico que tenga un efecto farmacológico.

El laboratorio de Reif está también empezando a trabajar en dispositivos basados en el ADN que puedan detectar firmas moleculares de tipos particulares de células cancerosas, y liberar sustancias que espoleen al sistema inmunitario a combatirlas.

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