Computer basato sul DNA può eseguire 100 miliardi di programmi diversi

 

 

La miscelazione e l’abbinamento di vari filamenti di DNA può creare circuiti informatici biologici versatili che possono estrarre le radici quadrate dei numeri o risolvere equazioni quadratiche. Potrebbe anche essere usato per diagnosticare malattie all’interno delle cellule viventi.

 

 

 

Un computer “liquido” può utilizzare filamenti di DNA per eseguire oltre 100 miliardi di diversi programmi semplici. Potrebbe anche essere usato per diagnosticare malattie all’interno delle cellule viventi.

Fei Wang Alla Shanghai Jiao Tong University in Cina e i suoi colleghi hanno creato circuiti simili a quelli di un chip di computer con molecole di DNA che agiscono come fili e istruiscono i fili stessi a configurarsi in determinati modi.

Quando si immette un comando su un computer convenzionale, gli elettroni devono fluire attraverso un percorso specifico su un chip di silicio.

Queste configurazioni circuitali corrispondono ciascuna a diverse operazioni matematiche: aggiungere funzioni ai chip significa aggiungere tali percorsi.

Per sostituire il cablaggio con il DNA, Wang e il suo team hanno modellato come combinare segmenti di DNA in strutture più grandi che potrebbero servire come componenti del circuito, come i fili, o funzionare per dirigere quei fili per formare configurazioni diverse.

Lo hanno messo in pratica riempiendo tubi con filamenti di DNA e un fluido tampone e lasciandoli attaccare l’uno all’altro, combinandosi in molecole più grandi attraverso reazioni chimiche.

I ricercatori hanno anche dotato tutte le molecole di marcatori di fluorescenza in modo da poter tenere traccia di ciò che il circuito stava facendo in base a come si illuminavano le sue varie parti.

Hanno chiamato gli elementi costitutivi dei loro computer DNA-based programmable gate array (DPGA) e ogni DPGA potrebbe essere progettato per implementare oltre 100 miliardi di circuiti distinti aggiungendo diverse molecole nel suo tubo.

In un esperimento, hanno collegato tre DPGA, comprendenti circa 500 filamenti di DNA, per creare un circuito che risolve equazioni quadratiche, e in un altro, hanno creato un circuito per estrarre radici quadrate.

Inseriscono numeri aggiungendo molecole di una forma specifica che poi partecipano a reazioni chimiche con molecole che compongono il circuito, analogamente a un elettrone che si muove attraverso i fili.

Le uscite di ciascun circuito erano molecole prodotte dall’ultima reazione. I ricercatori hanno potuto leggerli misurando il loro bagliore fluorescente.

Hanno usato metodi simili per progettare un DPGA in grado di classificare diverse piccole molecole di RNA, scegliendo quelli che sono noti per essere correlati a un tipo di cancro renale.

Quest’ultimo esperimento è l’inizio di ciò che il team vuole fare con la tecnologia DPGA. Poiché le molecole di DNA sono intrinsecamente compatibili con i sistemi biologici, potrebbero offrire un modo naturale per fare diagnostica intelligente di diversi tipi di malattie attraverso il contatto diretto con i fluidi corporei o anche dall’interno delle cellule, dice Wang.

Dispositivi diagnostici basati su DPGA sarebbero altamente efficienti e in grado di eseguire molte operazioni contemporaneamente.