Científicos informáticos de la Universidad de California, Davis, La Universidad de Maynooth en Irlanda y el Instituto de Tecnología de California han creado moléculas de ADN que pueden autoensamblarse en patrones esencialmente ejecutando su propio programa. El trabajo se publica el 21 de marzo en la revista Naturaleza .

"El objetivo final es utilizar la computación para desarrollar estructuras y permitir una ingeniería molecular más sofisticada, "dijo David Doty, profesor asistente de ciencias de la computación en UC Davis y co-primer autor del artículo.

El sistema es análogo a una computadora, pero en lugar de usar transistores y diodos, utiliza moléculas para representar un número binario de seis bits (por ejemplo, 011001). El equipo desarrolló una variedad de algoritmos que las moléculas pueden calcular.

"Nos sorprendió la versatilidad de los algoritmos que pudimos diseñar, a pesar de estar limitado a entradas de seis bits, Doty dijo. Los investigadores pudieron diseñar y ejecutar 21 algoritmos en el transcurso de los experimentos, demostrando el potencial del sistema, él dijo.

Trabajando inicialmente como académicos postdoctorales con el profesor Erik Winfree en Caltech, Doty y el coautor principal Damien Woods, ahora en la Universidad de Maynooth, diseñó una biblioteca de piezas breves, o azulejos, de ADN. Cada placa de ADN consta de 42 bases (A, C, G o T) organizados en cuatro dominios de 10-11 bases. Cada dominio puede representar un 1 o un 0 y puede adherirse a algunos de los dominios en otros mosaicos. No hay dos fichas que sean una combinación completa.

Dos de los cuatro dominios de cada mosaico son "entrada, "y dos" salidas ". En un diodo electrónico, transistor o puerta lógica, un valor de 0 o 1 en la entrada (o entradas) dará un valor conocido en la salida. Similar, dependiendo de qué mosaicos seleccionaron los investigadores para comenzar su programa, podrían obtener una salida conocida en el otro extremo.

Comenzando con los seis bits originales de entrada, el sistema agrega fila tras fila de moléculas, ejecutando progresivamente el algoritmo. En lugar de que la electricidad fluya a través de los circuitos, filas de hebras de ADN que se pegan entre sí realizan el cálculo.

Es como tener un juego de ladrillos de Lego, algunos de los cuales se pegarán espontáneamente a otros ladrillos. Seleccione un conjunto de ladrillos para comenzar, mézclelos y observe cómo se autoensamblan en una estructura.

El resultado final del programa es algo así como una bufanda tejida de ADN, hecho de mosaicos pegados entre sí en un patrón establecido por el programa original. Los resultados se leen con un microscopio de fuerza atómica, que detecta una molécula marcadora unida al ADN.

El equipo pudo demostrar algoritmos para una variedad de tareas, incluyendo ejercicios de conteo, paseos aleatorios y patrones de dibujo como zigzags, diamantes y una doble hélice en el ADN.

Doty y Woods comenzaron el trabajo como informáticos teóricos, así que tuvieron que dominar algunas habilidades de "laboratorio húmedo". En el futuro, La programación molecular podría operar a un nivel superior, Dijo Winfree. Los codificadores de hoy no necesitan entender la física de transistores, por ejemplo.

En UC Davis, Doty ahora está trabajando en aspectos teóricos de la programación molecular. El ADN es de especial interés porque representa información en forma molecular, y es relativamente fácil trabajar con él dijo.

"Es un gran regalo que los biólogos moleculares nos han dado a los informáticos, " él dijo.