Científicos israelíes crean la primera computadora biológica.

computadora biológica

Image Credits: scripps.edu.

Científicos del Technion de Israel junto a sus pares del Centro de Investigación Scripps han desarrollado una computadora biológica para encriptar y desencriptar imágenes. Una “computadora biológica” es un sistema hecho totalmente de biomoléculas, en este caso capaces de descifrar imágenes encriptadas en chips de ADN.

Aunque el ADN ha sido utilizado para la codificación en el pasado (cosa no tan sorprendente si pensamos que esa es la funcionalidad del ADN), esta es la primera demostración experimental de un sistema criptográfico molecular de imágenes basada en ADN computing que logra tambien desencriptar dichas imagenes.

El estudio fue publicado en una reciente edición de la revista Angewandte Chemie.

En lugar de utilizar hardware tradicional, un grupo liderado por el Profesor Ehud Keinan logro la creación de un sistema de computación utilizando moléculas biológicas.

Cuando el software adecuado se aplicó a la computadora biológica, esta pudo descifrar, por separado, las imágenes fluorescentes de The Scripps Research Institute y el logotipo del Technion.

Que es esta unión entre la Biología y la Computación?

Al explicar la unión de estos dos campos, a menudo dispares, de la biología y la informática, Keinan señala que un ordenador es por definición, una máquina hecha de cuatro componentes: software, hardware, entrada y salida.

Equipos tradicionales siempre han sido máquinas electrónicas, en las que la entrada y salida son señales electrónicas.

El hardware es una composición compleja de componentes metálicos y plásticos, alambres, y transistores, y el software es una secuencia de instrucciones dadas a la máquina en forma de señales electrónicas.

“En contraste con los equipos electrónicos, hay máquinas de computación en donde los cuatro componentes no son más que las moléculas”, dijo Keinan.

“Por ejemplo, todos los sistemas biológicos y organismos vivos, son equipos de este tipo. Cada uno de nosotros es una computadora biomolecular, una máquina en la que los cuatro componentes son moléculas que “hablan” la uno con la otra, lógicamente”.

El hardware y el software de estos dispositivos, dice Keinan, son moléculas biológicas complejas que se activan entre sí para llevar a cabo algunos trabajos químicos predeterminados.

La entrada es una molécula que sufre cambios específicos predeterminados, siguiendo un conjunto específico de reglas (software), y la salida de este proceso de cálculo químico es otra molécula bien definida.

Entendamos el proceso de la construcción de una computadora biológica. Cuando se le preguntó qué es una computadora biológica Keinan se reia:

“Bueno”, dijo, “no es exactamente fotogénica.”

Este equipo está “construido” mediante la combinación de componentes químicos en una solución en un tubo.

Varias pequeñas moléculas de ADN se mezclan en solución con enzimas de ADN seleccionados y ATP.

Esto último se utiliza como fuente de energía del dispositivo.

“Es una solución donde realmente no se ve nada”, dijo Keinan.

“Las moléculas empiezan a interactuar unas sobre otras, y vemos qué pasa.”

Y jugando con el tipo de ADN y enzimas en la mezcla, los científicos pueden ajustar el proceso a un resultado deseado.

“Nuestro dispositivo de computación biológica se basa en un diseño de 75 años de edad, creado por el matemático Inglés, criptoanalista y científico Alan Turing”.

“Él fue muy influyente en el desarrollo de la informática, proporcionando una formalización de los conceptos de algoritmo y computación, y jugó un papel importante en la creación de la computadora moderna.

Turing demostró de manera convincente que el uso de este modelo le permitiría a usted hacer todos los cálculos posibles.

La entrada de la máquina de Turing es una cinta que contiene una serie de símbolos y letras, que es una reminiscencia de una cadena de ADN.

Basicamente realiza cuatro acciones: 1) la lectura de la carta, 2) sustituye a esa carta con otra carta 3) cambios en su estado interno, 4) se mueve a la siguiente posición. Una tabla de instrucciones, conocidas como las normas transitorias, o software, dicta estas acciones.

Nuestro dispositivo se basa en el modelo de un autómata de estados finitos, que es una versión simplificada de la máquina de Turing.”

Ahora ya hemos demostrado la viabilidad de una computadora biológica, pero no esperamos que este modelo vaya a competir con su contraparte electrónico.

“El interés cada vez mayor en los dispositivos de computación biomolecular no surge de la esperanza de que estas máquinas compitan con los ordenadores electrónicos, que ofrecen una mayor velocidad, fidelidad y poder en las tareas de computación tradicionales”.

“Las principales ventajas de los dispositivos de computación biomolecular sobre los computadores electrónicos tienen que ver con otras propiedades.”

Como se muestra en este trabajo, continúa, una gran cantidad de información puede ser almacenada y “encriptada” en las moléculas de ADN.

Aunque cada paso es más lento que el flujo de electrones en un ordenador electrónico, el hecho de que trillones de procesos químicos se realizan en paralelo, hace este proceso muy rápido.

Teniendo en cuenta el hecho de que la tecnología actual permite la impresión de millones de píxeles en un solo chip, el número de imágenes posibles que se pueden cifrar en estos chips es astronómicamente grande”, dijo.

“Además, como se muestra en nuestro trabajo anterior y otros proyectos realizados en nuestro laboratorio, estos dispositivos pueden interactuar directamente con sistemas biológicos y organismos vivos.”.

“Una interfaz no es necesaria ya que todos los componentes de las computadoras moleculares, incluyendo hardware, software, entrada y salida, son moléculas.

Estas interactúan en la solución a lo largo de una cascada de eventos químicos programables.

Debido a la capacidad del ADN para almacenar información, mayor que computadoras comunes, empresas varias, están extremadamente interesadas en el desarrollo de sistemas de computación basados en el ADN.

 
Fuente y fotos: scripps.edu

 
 
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