Cosa possono fare i computer basati sul DNA?

Da più di 20 anni , i ricercatori hanno esplorato come il DNA potrebbe essere utilizzato come materiale per l'informatica. Sembra promettente a causa dell'incredibile densità di dati nel DNA: memorizza tutte le informazioni e le istruzioni necessarie per costruire e far funzionare un corpo umano. Alcuni ricercatori sono riusciti a codificare testi lunghi nel DNA; altri hanno utilizzato la molecola per creare semplici porte e circuiti logici, i mattoni di base dell'informatica. Ma usare il DNA in questo modo è insopportabilmente lento per il tipo di lavoro che ci aspettiamo dai computer. Molto probabilmente, l'elaborazione del DNA sarà sfruttata per funzionare all'interno delle cellule viventi e combinarsi con i loro macchinari esistenti, rendendo possibili nuovi metodi di rilevamento e trattamento delle malattie.

I ricercatori in Israele e al Wyss Institute di Harvard hanno utilizzato il metodo dell'origami qui rappresentato, che crea minuscoli oggetti da filamenti di DNA piegati, per creare un robot su scala nanometrica con due metà collegate da un cardine.

Come funziona?

I computer tradizionali utilizzano una serie di porte logiche che trasformano diversi input in un output prevedibile. Ad esempio, un transistor viene acceso o spento dall'ingresso di alta o bassa tensione. Con il DNA, il modo in cui le molecole possono essere attivate per legarsi tra loro può essere utilizzato per creare un circuito di porte logiche nelle provette. In un metodo, chiamato Spostamento del filamento di DNA , l'input di DNA che si lega a una porta logica del DNA sposta un filamento di DNA che funge da output. Molte porte possono essere combinate in un circuito: ogni DNA di uscita si legherà alla porta logica successiva fino a quando non verrà liberato un filamento di uscita terminale prevedibile. (Gli scienziati possono rendere fluorescente il filo terminale in modo che possa essere facilmente letto.)

In un altro metodo, il DNA di input può legarsi a una porta logica del DNA e attivare gli enzimi naturali come polimerasi e nucleasi per tagliare filamenti di DNA. Questi possono quindi legarsi con altri filamenti in una serie continua di reazioni o mostrare un segnale di uscita fluorescente.

Cellule viventi

Ricercatori in Israele mostrato l'anno scorso che le porte logiche del DNA possono funzionare anche all'interno degli animali viventi, in particolare gli scarafaggi. I ricercatori hanno creato il DNA piegato come origami per creare quelli che chiamavano robot su scala nanometrica. I nano-robot funzionano come filo di input nella sequenza di calcolo: si legano alle porte logiche del DNA, un processo che cambia la forma dei robot in modo che espongano il loro carico utile. Il carico utile può essere una molecola come una breve sequenza di DNA, un anticorpo o un enzima. Se il carico utile può attivare o disattivare un secondo robot, questo creerà un circuito all'interno di una cellula vivente.

Altri ricercatori hanno anche dimostrato, nella fase iniziale del lavoro , come i computer a DNA potrebbero essere utilizzati per il rilevamento estremamente accurato dei tumori. Lo farebbero generando un certo output se una cellula esprime troppo di un certo gene o ha sequenze particolari di microRNA .

Una nuova lingua

L'informatica basata sul DNA richiede qualcosa come un nuovo linguaggio di programmazione. Gli esperimenti iniziali hanno utilizzato modelli delle reazioni che si verificano con un dato insieme di ingredienti. microsoft da allora ha sviluppato un linguaggio che chiama il Strumento di spostamento del filamento di DNA , che può essere utilizzato per progettare le sequenze di DNA necessarie per eseguire i circuiti e può modellare come si verificheranno le reazioni in ciascun circuito.

L'asporto

È improbabile che la tecnologia di elaborazione del DNA sostituisca i tradizionali computer al silicio. Ma entro cinque o dieci anni i computer basati sul DNA potrebbero essere testati per applicazioni mediche.

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