El término 'ADN' recuerda inmediatamente la hélice de doble cadena que contiene toda nuestra información genética. Pero las unidades individuales de sus dos cadenas son pares de moléculas unidas entre sí de forma selectiva y complementaria. Resulta que uno puede aprovechar esta propiedad de emparejamiento para realizar cálculos matemáticos complejos, y esto forma la base de la computación de ADN.
Dado que el ADN tiene solo dos cadenas, realizar incluso un cálculo simple requiere múltiples reacciones químicas utilizando diferentes conjuntos de ADN. En la mayoría de las investigaciones existentes, el ADN para cada reacción se agrega manualmente, uno por uno, en un solo tubo de reacción, lo que hace que el proceso sea muy engorroso. Los chips de microfluidos, que consisten en canales estrechos grabados en un material como el plástico, ofrecen una forma de automatizar el proceso. Pero a pesar de su promesa, el uso de chips de microfluidos para la computación de ADN sigue sin explorarse.
En un artículo reciente, disponible en línea en ACS Nano el 7 de julio de 2021 y publicado en el volumen 15, número 7 de la revista el 27 de julio de 2021, un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Incheon (INU), Corea, presenta un chip microfluídico programable basado en ADN que puede ser controlado por una computadora personal para realizar cálculos de ADN. "Nuestra esperanza es que las CPU basadas en ADN reemplacen a las CPU electrónicas en el futuro porque consumen menos energía, lo que ayudará con el calentamiento global. Las CPU basadas en ADN también brindan una plataforma para cálculos complejos como soluciones de aprendizaje profundo y modelos matemáticos", dice Dr. Youngjun Song de INU, quien dirigió el estudio.
Dra. Song y su equipo utilizaron la impresión 3D para fabricar su chip microfluídico, que puede ejecutar la lógica booleana, una de las lógicas fundamentales de la programación informática. La lógica booleana es un tipo de lógica de verdadero o falso que compara entradas y devuelve un valor de 'verdadero' o 'falso' según el tipo de operación, o 'puerta lógica' utilizada. La puerta lógica en este experimento consistió en una plantilla de ADN monocatenario. A continuación, se usaron diferentes ADN monocatenarios como entradas. Si parte de un ADN de entrada tenía una secuencia de Watson-Crick complementaria a la plantilla de ADN, se emparejaba para formar ADN de doble cadena. El resultado se consideró verdadero o falso según el tamaño del ADN final.
Lo que hace que el chip diseñado sea extraordinario es un sistema de válvula operado por motor que se puede operar con una PC o un teléfono inteligente. La configuración del chip y el software juntos forman una unidad de procesamiento de microfluidos (MPU). Gracias al sistema de válvulas, la MPU podría realizar una serie de reacciones para ejecutar una combinación de operaciones lógicas de manera rápida y conveniente.
Este exclusivo sistema de válvula de la MPU programable basada en ADN allana el camino para cascadas de reacciones más complejas que pueden codificar funciones ampliadas. "La investigación futura se centrará en una solución informática de ADN total con algoritmos de ADN y sistemas de almacenamiento de ADN", dice el Dr. Song.
