LAS BIOCOMPUTADORAS
BIOCOMPUTADORAS

Utilizando moléculas de ADN, en la década de los noventa se había conseguido realizar cálculos matemáticos complejos, aunque hasta ahora las computadoras moleculares no parecían poder tener aplicaciones prácticas a corto plazo. Sin embargo un equipo del instituto Weizmann de la ciencia ha logrado crear la primera computadora biomolecular programable autónoma.

COMPUTADOR MOLECULAR

No es un concepto nuevo, desde que se empezó a conocer la mecánica de funcionamiento de las proteínas y encimas, se comenzó a especular con la idea de utilizar cadenas de moléculas como medio de almacenamiento de información interpretable por otras cadenas orgánicas que pudiesen procesarla. Richard Feynman (premio Nóbel de física), ya propuso durante la década de los cincuenta la idea del computador molecular, aunque hasta la década de los noventa no se realizaron los primeros experimentos prácticos.
Leonard Adleman, entre otros méritos, fue el primero en conseguir realizar cálculos matemáticos con moléculas de ADN dentro de un medio controlado. El experimento realizado (presentado el 11 de Noviembre de 1994 en la revista Science), demostró además el enorme potencial que podría desarrollar un computador molecular.

El problema matemático que se calculó fue el llamado Problema del Camino Hamiltoniano. Una ruta teórica para recorrer un gran número de puntos sin pasar dos veces por el mismo sitio. Imaginemos que un viajero quiere visitar 1000 ciudades, todas tienen conexión con algunas otras del grupo, pero no con todas. El viajero quiere trazar la ruta más rápida para verlas todas sin pasar por el mismo sitio. Puede parecer sencillo, pero cuando el número de ciudades es muy elevado, se requieren muchos cálculos matemáticos. Cualquier ordenador de sobremesa, tardaría varios segundos en llevarlos a cabo, sin embargo el computador de Leonard Adleman lo hizo en milésimas de segundo.

La explicación es la capacidad de las moléculas de ADN de realizar millones de procesos paralelos al mismo tiempo. En un tubo de ensayo, a cada ciudad se le asigno una cadena de ADN específica y se crearon artificialmente millones de copias de todas ellas. En otro se hizo lo mismo pero con los complementos de cada ciudad, agrupados en parejas si existía conexión entre las dos ciudades que complementaban. Al mezclar los dos tubos, como las moléculas de ADN tienden a unirse con su complemento, en milésimas de segundo, se obtuvieron millones de grandes cadenas de ciudades conectadas con las rutas complemento, que representaban todas las rutas posibles, es decir todas las soluciones al problema. Para encontrar la más corta y eficiente únicamente había que elegir la molécula más pequeña de todas las que se habían creado.

Por supuesto esta experiencia no tiene de momento ninguna aplicación práctica. Además de no poder utilizarse para otro cálculo para el que había sido diseñado, la preparación, los recursos necesarios y la búsqueda de la solución más corta entre los millones de cadenas resultantes, costaría mucho más tiempo y dinero que utilizar un ordenador convencional. Pero el cálculo, el proceso de los datos se realizó mucho más rápido de lo que jamás podrá hacerlo un microprocesador de silicio.

¿ POR QUÉ ADN ?

Un computador molecular se basa en la utilización de las propiedades de los enlaces químicos y aprovecharlas para realizar cálculos matemáticos. Se pueden diseñar moléculas específicas que interactúen con otras también creadas en laboratorio, pero también se puede plagiar a la naturaleza. Los seres vivos utilizan moléculas orgánicas para procesos vitales que implican intercambio de información. El ADN es la más eficiente, no sólo es capaz de almacenar cantidades inmensas de información en el núcleo de cualquier célula, además como ya hemos visto, las reglas naturales que permiten a los seres vivos leer esa información y aprovecharla (las moléculas complementarias que encajan en las hélices para duplicarlas o extraer esa información), pueden ser muy eficientes resolviendo cálculos matemáticos complejos.

Otra ventaja del sistema natural del ADN es que apenas tiene fallos. Una espiral de ADN puede ser largísima y muy compleja pero la lectura y duplicado se realiza por partes y leyendo únicamente cuatro tipos distintos de moléculas (adenosina, timina, citosina y guanina). Esto a un organismo vivo le resulta muy útil, pero mucho más útil resulta para el diseño de un computador molecular, ya que apenas tendrá errores de procesamiento.

LA COMPUTADORA DEL PROFESOR SHAPIRO

El 24 de julio pasado, el profesor Ehud Shapiro del instituto de ciencia Weizmann de Israel, presentó la primera computadora autónoma programable fabricada con biomoléculas. Las entradas y salidas de datos se realizan a través de moléculas de ADN. El "software" que permite la programación también son moléculas de ADN especialmente diseñadas, según el cálculo específico que deseemos realizar con la computadora. El hardware son las encimas naturales encargadas de manipular el ADN.

Se crean dos combinaciones distintas de adenosina, timina, citosina y guanina que corresponden cada una a los 1 y 0 que utilizan los ordenadores convencionales. Las encimas hardware leen y modifican las moléculas ADN software, creando nuevas moléculas con la computación de 1 y 0 ya realizada. La programación se consigue introduciendo las moléculas de software específicas para conseguir que el resultado final sea el esperado.

UNA PC CASI "HUMANA"

Resolver problemas matemáticos, siempre fue una cuestión humana, hasta que la aparición de las computadoras resolvió el tema del volumen de cálculos que nuestra sociedad -repleta de bancos y supermercados - necesitaba para progresar. Leonard Adleman, asesor de films de Hollywood como Juegos de Guerra y Héroes por Azar, no sólo tiene entre sus méritos el haber sido el primero en hablar de "Virus de Computadora", sino que, además, fue el primer científico que logró que moléculas de ADN (Ácido Desoxirribonucléico) lograran 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, lograron combinaciones para enlazarse en sintaxis binarias, iguales a las que manejan los circuitos integrados de un procesador de computadora. Adleman, dice: "Las computadoras basadas en ADN, nos están demostrando que hay otros métodos para realizar cálculos; 4 mil millones de años de evolución nos han dejado una máquina de computo perfecta que son las células, llenas de instrumentos extremadamente pequeños y exactos que funcionan como una artefacto. Incluso desde el punto de vista de precisión, un error en una célula se produce una vez cada 10.000 cómputos".

PERSPECTIVAS

A pesar de su confianza en las investigaciones, Adleman no cree que estas puedan revolucionar en lo inmediato el mundo de la informática: "Es poco probable que las computadoras de ADN puedan competir con los procesadores electrónicos, y creo que para que algo así suceda debe producirse un cambio radical y no un progreso incremental, ya que hasta la fecha no podemos controlar moléculas como los físicos controlan electrones".

En los próximos años, en ayuda del desarrollo de las minicomputadoras saldrán los nuevos microprocesadores, siempre más pequeños, más potentes y de menor consumo eléctrico.

Así, un equipo científico del Instituto de Tecnología de Georgia (EEUU) trabaja en el desarrollo de una "biocomputadora híbrida", en la cual células nerviosas son conectadas a circuitos integrados de silicio para crear una supercomputadora inteligente..

Hasta ahora, los científicos han conectado dos células nerviosas de sanguijuelas, conectándolas a una computadora personal. Enviando señales a las células nerviosas, los científicos han logrado ya que las sanguijuelas resuelvan simples problemas de adición.

"Pero pasarán por lo menos diez años antes de que las biocomputadoras puedan ser comercializables", advierte, sin embargo, el director del proyecto, William L. Ditto.