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Puertas lógicas que hacen más fácil la computación con ADN
Los ordenadores fabricados a partir del ADN se beneficiarán de un gran avance en el diseño, que les ayudará a realizar cálculos complejos, y también podría dar lugar a sensores biológicos para detectar enfermedades.
Hasta ahora, los ordenadores de ADN – que utilizan cadenas de moléculas de ADN para almacenar datos y procesarlos – se construyen básicamente de forma manual, sus diseñadores eligen las estructuras de ADN exactas necesarias para los circuitos lógicos precisos para el cálculo. Ahora, Lulu Qian y Winfree Erik en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena (EE.UU.) han desarrollado nuevas puertas lógicas «see-saw» que permiten automatizar el proceso, por lo que es posible construir circuitos mucho más grandes.
Los investigadores utilizaron estas puertas para construir un circuito que calcula la raíz cuadrada de 0, 1, 4 y 9. Se compone de 130 cadenas de ADN, la mayor construida en un tubo de ensayo. «Esto en sí mismo no es el logro – sino que es una especie de confirmación de los principios en que nuestros diseños se basan», indica Winfree. «Si se puede conseguir un circuito para hacer algo tan arbitrario y ajeno a la química como calcular la raíz cuadrada, a continuación, probablemente se podrán conseguir circuitos de ADN para hacer cualquier cosa.»
Fuera de la edad del código máquina
Su enfoque imita el desarrollo de los ordenadores convencionales basados en el silicio, que fueron programadas originalmente en código máquina, un conjunto de bajo nivel de instrucciones tan detalladas que es casi imposible de leer para los seres humanos. Los ingenieros de software utilizan modernos lenguajes de programación de alto nivel de y la ejecución a través de un software llamado compilador, que convierte los comandos en instrucciones de nivel adecuado a la electrónica de la computadora. Los programadores de ADN será ahora capaz de hacer lo mismo, con el diseño de sus circuitos en lógica de alto nivel sin tener que preocuparse acerca de las moléculas subyacentes. «Básicamente tenemos un compilador rudimentaria para los circuitos moleculares», dice Winfree.
Qian y Winfree afirman que sus puertas «see-saw» (sube y baja) fueron la clave para el desarrollo de su compilador. Actúan como interruptores, convirtiendo una señal de ADN a otra; un par puede realizar las operaciones lógicas Y (and) u O (or). La combinación de estas operaciones de una manera particular, conocida como la lógica de «dual rail» (rail dual), permite calcular efectivamente cualquier cosa con un circuito de ADN.
Hay algunas limitaciones, las señales no pueden viajar hacia atrás a lo largo del circuito, por lo que es imposible crear una memoria para almacenar valores. Winfree dice que debido a esta y otras limitaciones, muachos circuitos ADN seguirán por ahor siendo construidos «a mano».
«En cierto sentido, están abriendo la puerta a la materia programable 
«, Dice Martyn Amos , un experto en computación con ADN en el Manchester Metropolitan University (Reino Unido). Afirma que los ordenadores de ADN basados en el nuevo método es poco probable que sean rivales frente a sus homólogos de silicio, pero podrían ser mucho mejores en el análisis de materiales biológicos. «Usted puede imaginarse el introducir una muestra en un tubo, agitar y dejarlo reposar por unas horas. Eso es preferible que el envío a un laboratorio y pegarla en una máquina. »
Fuente: Sience , DOI: 10.1126/science.1200520
Ordenador de ADN (DNA)
Científicos israelíes han diseñado un equipo que puede realizar 330 billones de operaciones por segundo, más de 100000 veces la velocidad del PC actual más rápido. El secreto: se ejecuta el trabajo en el ADN (DNA).
El año pasado, investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot, Israel, dieron a conocer una máquina de computación programable molecular, compuesta de enzimas y moléculas de ADN en lugar de los «chips» de silicio. Ahora, el equipo ha ido un paso más allá. En el nuevo dispositivo, la molécula de ADN que proporciona al equipo la entrada de datos también ofrece todo el combustible necesario.
El diseño se considera un paso de gigante en la informática de ADN. «Guinness World Records» reconoció la semana pasada el equipo como «el dispositivo más pequeño de la informática biológica» jamás construido. La computación de ADN está en su infancia, y sus consecuencias apenas están comenzando a ser exploradas. Sin embargo, podría transformar el futuro de las computadoras, especialmente en aplicaciones farmacéuticas y biomédicas.
Siguiendo a la Madre Naturaleza
«Nanocomputadores» bioquímicos ya existen en la naturaleza, se manifiestan en todos los seres vivos. Pero son en gran medida incontrolables por el hombre. No podemos, por ejemplo, programar un árbol para calcular los dígitos de pi. The idea of using DNA to store and process information took off in 1994 when a California scientist first used DNA in a test tube to solve a simple mathematical problem. La idea de utilizar ADN para almacenar y procesar la información se inició en 1994, cuando un científico de California utilizó ADN en un tubo de ensayo para resolver un problema matemático simple.
Desde entonces, varios grupos de investigación han propuesto modelos de computadoras de ADN, pero esos intentos se han basado en una molécula de energía llamada ATP para el combustible. «Este nuevo diseño utiliza su entrada de ADN como fuente de combustible», dijo Ehud Shapiro, quien dirigió el equipo de investigación israelí.
Pensemos en el ADN como software y enzimas como el hardware. Póngalos juntos en un tubo de ensayo. La forma en que estas moléculas sufren reacciones químicas entre sí permite operaciones simples llevadas a cabo como un subproducto de las reacciones. Los científicos dicen los dispositivos se hacen mediante el control de la composición del ADN de las moléculas software. Es un enfoque completamente diferente a empujar los electrones en torno a un circuito de estado sólido en un ordenador convencional.
To the naked eye, the DNA computer looks like clear water solution in a test tube. A simple vista, la computadora de ADN se parece a una solución de agua clara en un tubo de ensayo. There is no mechanical device. No hay ningún dispositivo mecánico. A trillion bio-molecular devices could fit into a single drop of water. Un billón de dispositivos bio-molecular podría caber en una sola gota de agua. Instead of showing up on a computer screen, results are analyzed using a technique that allows scientists to see the length of the DNA output molecule. En lugar de mostrar en una pantalla de ordenador, los resultados se analizaron mediante una técnica que permite a los científicos para ver la longitud de la molécula de ADN de salida.
«Once the input, software, and hardware molecules are mixed in a solution it operates to completion without intervention,» said David Hawksett, the science judge at Guinness World Records. «Una vez que la entrada, el software, hardware y de las moléculas se mezclan en una solución que funciona hasta el final sin intervención», dijo David Hawksett, el juez de la ciencia en el Guinness World Records. «If you want to present the output to the naked eye, human manipulation is needed.» «Si usted quiere presentar el resultado a simple vista, la manipulación humana es necesaria.»
Actualmente, el equipo de ADN sólo puede realizar funciones elementales, y no tiene aplicaciones prácticas. «Nuestro equipo es programable, pero no es universal», dijo Shapiro. «Hay tareas de computación que inherentemente no puede ejecutar.»
los dispositivos de computación de ADN podrían revolucionar los campos farmacéutico y biomédico. Some scientists predict a future where our bodies are patrolled by tiny DNA computers that monitor our well-being and release the right drugs to repair damaged or unhealthy tissue. Algunos científicos predicen un futuro donde nuestros cuerpos son patrulladas por los ordenadores de ADN pequeños que vigilar nuestro bienestar y liberación de los medicamentos adecuados para reparar el tejido dañado o insalubres.
«Las Bio-computadoras Autónomas moleculares pueden ser capaces de trabajar como médicos en una celda, que opera dentro de las células vivas y detectar anomalías en el huésped», dijo Shapiro. «Consultando sus conocimientos médicos programados, los equipos podrían responder a las anomalías mediante la síntesis y liberación de fármacos.»
Información completa en: News National Geographics
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