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El ácido desoxirribonucleico -ADN- almacena todas y cada una de las instrucciones genéticas necesarias para el desarrollo, la supervivencia y la replicación de los organismos vivos. El papel principal de las moléculas de ADN es ser portadoras y transmisoras entre generaciones de la información genética inherente a cada especie, y lo hacen por medio de los segmentos de ADN que conocemos como genes.
El soporte de todo este inmenso caudal de información es
un largo polímero de unidades simples -ladrillos- llamadas nucleótidos,
construidos a partir de un armazón hecho de azúcares y grupos de
fosfato unidos alternativamente entre sí mediante enlaces de tipo
éster. Conectado a cada azúcar está cada uno de los cuatro tipos de
moléculas llamadas bases nitrogenadas -adenina, guanina, timina y
citosina-.
Disposición secuencial
La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo
largo de la cadena de ADN es la que codifica la información. Y su
capacidad de almacenamiento, y su velocidad de procesado de datos
superan, de muy lejos, a cualquiera de los superordenadores que
trabajan actualmente en el mundo.
Desde hace años, prestigiosos departamentos
universitarios en los Estados Unidos, la Unión Europea y Japón; las
divisiones científicas de los gigantes de la informática -IBM, HP Labs,
Microsoft Research...-, y el propio Departamento de Defensa de EE.UU.
trabajan en el desarrollo de «ordenadores de ADN», es decir, de
bioordenadores capaces de imitar los métodos de almacenamiento y
procesado de las cadenas de ADN. Superar en un billón de veces la
memoria de un superordenador como el Blue Gene, o en un millón de veces
la velocidad de cálculo del supercomputador Finis Terrae es el objetivo.
Los bioordenadores no están a la vuelta de la esquina.
Más bien se hallan todavía en una fase teórica. O al menos esa era la
situación hasta ahora. Porque un equipo de científicos japoneses de la
Universidad de Toyama acaba de anunciar la síntesis del primer ADN
artificial del mundo.
Dirigidos por Masahiko Inouye, su objetivo era
desarrollar cadenas de ADN artificial que puedan ser utilizadas como
nanoordenadores biológicos. Que dispongan de la misma capacidad de
almacenamiento y procesado que el ADN natural. Sobre un esquema análogo
a la estructura de los C-nucleótidos, han diseñado una cadena
artificial en la que se combinan a voluntad azúcares y bases de
fosfatos, dando lugar a moléculas estables permanentes en el tiempo.
Dependiendo de la secuenciación de azúcares y fosfatos,
del lugar que ocupan en la cadena y de los enlaces entre moléculas
contiguas así se codificará la información. Los bloques de las
moléculas de este ADN artificial hacen las veces de los unos y los
ceros del sistema binario sobre el que se asienta la actual informática.
Almacenamiento y cálculo
Los autores de la investigación, que aparece publicada
este mes en el «Journal of the American Chemical Society», dicen haber
calculado, conforme a modelos matemáticos, que la capacidad de
almacenamiento superaría un billón de veces la de los más potentes
superordenadores, y su velocidad de procesamiento en más de un millón
de veces. En estas cifras parecen ponerse de acuerdo cuantos investigan
en bioordenadores.
En un comentario editorial sobre este trabajo, la
revista «Bio-medicine» afirma que la molécula de ADN que obtienen estos
japoneses es inusualmente estable y su estructura es similar a la del
ADN natural, ya que da lugar a una doble hélice, pudiendo formar además
con cierta facilidad una estructura de trile hélice, lo que potenciaría
aún más sus «capacidades» informáticas.
Totalmente sintética
Los autores de esta investigación apuntan que, con
anterioridad, distintos equipos científicos habían intentado
desarrollar ADN artificial con el fin de utilizar su asombrosa
capacidad de almacenamiento de información. Pero en esos trabajos
previos sólo se lograron incorporar secuencias artificiales a la
molécula natural, a diferencia del equipo de Inouye, que ha logrado
sintetizar una cadena entera de ADN.
Entre los inmediatos precedentes, científicos del
Weixmann Institute lograron en 2004 el desarrollo de un prototipo de
ordenador de ADN con capacidad de detección de determinadas células en
agua. Publicaron sus conclusiones en «Nature». Investigadores de la
Universidad de Columbia y de la Universidad de Nuevo México, dos años
más tarde, profundizaron un poco más en este campo: construyeron el
ordenador de ADN conocido como MAYA-II, que era capaz de jugar al tres
en raya muy lentamente.
La idea general de las investigaciones en marcha es la
de considerar al ADN como un software y a las enzimas como el hardware.
En este empeño se están invirtiendo grandes cantidades de dinero y de
esfuerzo investigador, y quienes trabajan en este campo prometen
espectaculares resultados en los próximos años.
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