Ordenador de ADN puede jugar al ajedrez y resolver sudokus

Durante miles de millones de años, el ácido desoxirribonucleico, más conocido como ADN, ha sido el manual de instrucciones de la vida, almacenando información vital en cada organismo. Ahora, ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State) y la Universidad Johns Hopkins han dado un giro sorprendente a esta molécula, creando un ordenador basado en ADN, en lugar de la electrónica convencional, capaz de almacenar datos y realizar cálculos simultáneamente –almacenamiento, recuperación, computación, borrado o reescritura de datos de forma repetida–, incluso resolviendo problemas sencillos de ajedrez y sudoku, lo que hasta ahora había sido un desafío en el campo de la computación molecular.

Las tecnologías anteriores que usaban ADN para almacenar y procesar datos lograban algunas de estas funciones, pero no todas simultáneamente. En ese sentido, este avance podría revolucionar la computación molecular, ofreciendo una alternativa más compacta y duradera que los ordenadores electrónicos convencionales. 

"Hemos demostrado que las tecnologías basadas en ADN son viables porque hemos construido una", afirma Albert Keung, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en NC State y líder del proyecto.

Un bosque microscópico de datos

La clave de este sistema revolucionario son unas estructuras llamadas "dendricoloides", que se asemejan a diminutos árboles ramificados a escala nanométrica. Estas estructuras poliméricas permiten almacenar cadenas de ADN de forma extremadamente densa –además protege las moléculas de ADN–, logrando una capacidad de almacenamiento de 10.000 terabytes por centímetro cúbico. Para ponerlo en perspectiva, Keung explica: "Se podrían meter mil ordenadores portátiles de datos en un almacenamiento basado en ADN que tiene el mismo tamaño que la goma de borrar de un lápiz".

Una de las grandes ventajas de esta tecnología es su capacidad para conservar los datos a largo plazo. Los experimentos sugieren que las moléculas de ADN almacenadas en dendricoloides pueden durar miles de años a temperaturas de aproximadamente 4 grados Celsius. Y eso no es todo: a temperaturas más bajas, la vida útil podría extenderse a millones de años, superando con creces la durabilidad de cualquier medio de almacenamiento electrónico actual.

Por otra parte, uno de los aspectos más ingeniosos es que el ADN almacenado puede distinguirse de las nanofibras que lo sostienen. Esto permite copiar la información en forma de ARN (ácido ribonucleico) para su procesamiento sin dañar los "archivos" originales ni el medio de almacenamiento. 

"Podemos copiar información directamente desde la superficie del material sin dañar el ADN. También podemos borrar fragmentos específicos y reescribirlos en la misma superficie, como si estuviéramos editando un disco duro", explica Kevin Lin, primer autor del estudio, publicado en la revista Nature Nanotechnology.

Resolviendo acertijos moleculares

Para demostrar las capacidades de su "motor de almacenamiento y cálculo de ADN primigenio", como lo han bautizado, los investigadores lo pusieron a prueba con problemas sencillos de ajedrez y sudoku en una cuadrícula de 3x3. El sistema cargó aproximadamente 1.000 configuraciones posibles del tablero en las micropartículas de ADN y utilizó enzimas para eliminar las soluciones no válidas, dejando solo las correctas.

Este método demostró cómo los ordenadores de ADN son especialmente aptos para resolver problemas que requieren mucha paralelización.

"Descubrimos que esta unión del ADN con un material sintético proporciona toda una serie de nuevas capacidades prácticas que antes no eran posibles", afirmó Keung, según cita New Scientist. 

Alternativa más eficiente en el futuro

Si bien la potencia y velocidad de estos ordenadores de ADN aún no alcanzan a los superordenadores actuales, su ventaja radica en la posibilidad de almacenar grandes cantidades de información en espacios diminutos y con un consumo energético mucho menor. Los investigadores creen que, con el tiempo, estos dispositivos podrían ofrecer una alternativa más eficiente en tareas como el entrenamiento de modelos de inteligencia artificial, lo que reduciría el alto coste energético de los procesadores actuales.

Aunque las computadoras de ADN aún no son de uso común, la capacidad de almacenar y manipular datos en el mismo medio, de manera programable y repetible, es un hito que nos acerca a equiparar la computación molecular con las funcionalidades de los dispositivos electrónicos tradicionales. El equipo espera que su trabajo inspire nuevos avances en el campo de la informática molecular.

"Queríamos desarrollar algo que inspirara el campo de la computación molecular. Y esperamos que lo que hemos hecho aquí sea un paso en esa dirección", concluye Keung.

Editado por Felipe Espinosa Wang con información de NC State, New Scientist y Science Alert.