Cientistas chineses apresentaram uma base para a criação de computadores universais usando DNA

Apesar de todos os avanços no campo do trabalho com o DNA – modelo e ferramenta para a reprodução e desenvolvimento dos organismos vivos na Terra – as tentativas de usar o mesmo mecanismo para realizar algoritmos matemáticos ainda não podem ser consideradas suficientemente bem-sucedidas. Ao mesmo tempo, a lógica do DNA é capaz de um paralelismo colossal, o que aumentará o poder dos computadores, nos quais os cientistas chineses fizeram grandes progressos.

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A ciência fez grandes avanços no campo do registro de dados no DNA. Esta é a opção de ácido desoxirribonucléico básico. O registro e armazenamento de dados são relativamente pouco exigentes em termos de velocidade de operação da plataforma, que depende da velocidade das reações bioquímicas. Outra coisa são os circuitos de computador, cuja velocidade deve ser máxima. Em princípio, o paralelismo resolve parcialmente este problema. Mas até recentemente, os circuitos eletrônicos de DNA com os quais os cientistas trabalhavam não podiam se orgulhar de universalidade – eles executavam apenas uma gama limitada de algoritmos.

Uma equipe de pesquisadores da China desenvolveu um circuito integrado de DNA capaz de realizar uma ampla variedade de operações. Segundo os cientistas, um elemento básico reconfigurável (circuito eletrônico) com 24 portas endereçáveis ​​de canal duplo pode ser representado na forma de 100 bilhões de variações de circuito, cada uma das quais pode executar sua própria sub-rotina. Segue-se que com base nesta solução, um processador de uso geral pode ser projetado para executar qualquer programa.

Em seu trabalho, publicado na revista Nature, os pesquisadores mostraram como uma matriz de cadeias de três camadas baseada em seu chip de DNA pode ser usada para realizar operações matemáticas simples. A plataforma apresentada é facilmente escalável, o que nos permite contar com a criação de processadores muito potentes no futuro.

Para resolver o problema de escala, os cientistas fizeram outros trabalhos. Afinal, para que um sinal passe pelas cadeias de DNA, será necessária a transferência de dados bioquímicos em uma determinada direção e sem atenuação. E quanto mais longo for esse caminho (escala), maior será a probabilidade de perder o “sinal” – um fragmento de DNA ou concentração de fragmentos de DNA. Como “sinal”, os cientistas chineses testaram oligonucleótidos – pequenos fragmentos de ADN que já são utilizados como detectores e transportadores de informação de ADN. Em seus experimentos, os chineses mostraram que oligonucleotídeos de fita simples típicos funcionam bem como um sinal unificado para transmissão, permitindo que circuitos de grande escala sejam integrados de forma confiável com vazamento mínimo e alta precisão para computação de uso geral.

«A capacidade de integrar redes DPGA [DNA LSI] em larga escala sem atenuação óbvia de sinal marca um passo fundamental em direção à computação de DNA de uso geral”, dizem os pesquisadores.

Cálculos in vitro. Literalmente. Fonte da imagem: Natureza

Como exemplo, os cientistas criaram um circuito que resolve equações quadráticas, que é montado por meio de três camadas de computadores digitais em cascata, composto por 30 portas lógicas e contendo cerca de 500 filamentos de DNA. Além disso, a integração do DPGA com um conversor analógico-digital permitirá a classificação de microRNAs associados a doenças. Em outras palavras, a plataforma proposta não só poderá funcionar como um computador normal, mas também será capaz de diagnosticar instantaneamente doenças virais e outras. E a grande questão é qual desses recursos será mais útil.