Computer a DNA: ora i ricercatori hanno realizzato un computer liquido

Negli ultimi anni gli ingegneri hanno esplorato un ruolo sottilmente nuovo per le capacità uniche della molecola del DNA, come base per un computer biologico. Purtroppo  nonostante siano passati 30 anni dal primo prototipo, la maggior parte dei computer a DNA ha faticato a elaborare più di qualche algoritmo su misura.

Un team di ricercatori cinesi ha ora ideato un circuito integrato a DNA (DIC) che ha uno scopo molto più generale. Le porte del computer liquido possono formare ben 100 miliardi di circuiti, dimostrando la sua versatilità: ognuno di essi è in grado di eseguire il proprio programma.

Il DNA computing ha il potenziale per creare macchine che offrono significativi balzi in termini di velocità e capacità e, come per l’informatica quantistica, ci sono diversi approcci che possono essere adottati. In questo caso, gli scienziati volevano costruire qualcosa di più adattabile rispetto agli sforzi precedenti, con una gamma più ampia di usi potenziali.

“La programmabilità e la scalabilità sono due fattori critici per ottenere un’informatica di uso generale”, scrivono i ricercatori nel documento pubblicato.

“La programmabilità consente di specificare il dispositivo per l’esecuzione di vari algoritmi, mentre la scalabilità permette di gestire una quantità crescente di lavoro con l’aggiunta di risorse al sistema”.

Per raggiungere questo obiettivo, il team si è concentrato su quelli che ha chiamato DNA-based programmable gate array, o DPGA: brevi segmenti di DNA fissati insieme per creare strutture più grandi, che potrebbero poi essere costruite in circuiti integrati di varie combinazioni.

I DPGA sono stati realizzati mescolando filamenti di DNA con liquido tampone in provette, affidandosi a reazioni chimiche per creare i collegamenti e le combinazioni necessarie per costruire i CID a cui i ricercatori miravano.

È stata necessaria anche una modellazione dettagliata per capire come gestire i segnali di ingresso e di uscita ed eseguire le funzioni logiche, proprio come un computer standard. I circuiti più grandi, troppo grandi per un singolo DPGA, sono stati suddivisi in componenti da costruire.

Diagramma del la struttura del DNA

Le funzioni di calcolo sono state abbinate a molecole di DNA in una provetta. (Lv et al., Nature, 2023)
Nel corso degli esperimenti, gli scienziati sono riusciti a creare circuiti per la risoluzione di equazioni quadratiche e radici quadrate, ad esempio. Secondo i ricercatori, questi sistemi potrebbero essere adattati per scopi quali la diagnosi di malattie.

Inoltre, i sistemi sperimentali hanno mostrato una scarsa attenuazione del segnale, ovvero la graduale perdita di forza di un segnale durante il viaggio. Questo è un altro aspetto fondamentale per poter costruire computer a DNA in grado di scalare e adattarsi.

Siamo ancora lontani dal realizzare il pieno potenziale del DNA computing, ma negli ultimi anni gli scienziati hanno fatto notevoli passi avanti nel modificare questa forma biologica di memoria per utilizzarla per compiti di calcolo convenzionali.

“La capacità di integrare reti DPGA su larga scala senza un’apparente attenuazione del segnale segna un passo fondamentale verso il DNA computing di uso generale”, scrivono i ricercatori.