Científicos del Technion
de Israel junto a sus pares del Centro de Investigación Scripps han
desarrollado una computadora biológica para encriptar y desencriptar imágenes.
Una “computadora biológica” es un sistema hecho totalmente de biomoléculas, en
este caso capaces de descifrar imágenes encriptadas en chips de ADN.
Aunque el ADN ha sido
utilizado para la codificación en el pasado (cosa no tan sorprendente si
pensamos que esa es la funcionalidad del ADN), esta es la primera demostración
experimental de un sistema criptográfico molecular de imágenes basada en ADN
computing que logra tambien desencriptar dichas imagenes.
El estudio fue publicado
en una reciente edición de la revista Angewandte Chemie.
En lugar de utilizar
hardware tradicional, un grupo liderado por el Profesor Ehud Keinan logro la
creación de un sistema de computación utilizando moléculas biológicas. Cuando
el software adecuado se aplicó a la computadora biológica, esta pudo descifrar,
por separado, las imágenes fluorescentes de The Scripps Research Institute y el
logotipo del Technion.
Que es esta unión entre
la Biología y la Computación?
Al explicar la unión de
estos dos campos, a menudo dispares, de la biología y la informática, Keinan
señala que un ordenador es por definición, una máquina hecha de cuatro
componentes: software, hardware, entrada y salida. Equipos tradicionales
siempre han sido máquinas electrónicas, en las que la entrada y salida son
señales electrónicas. El hardware es una composición compleja de componentes
metálicos y plásticos, alambres, y transistores, y el software es una secuencia
de instrucciones dadas a la máquina en forma de señales electrónicas.
“En contraste con los
equipos electrónicos, hay máquinas de computación en donde los cuatro
componentes no son más que las moléculas”, dijo Keinan. “Por ejemplo, todos los
sistemas biológicos y organismos vivos, son equipos de este tipo. Cada uno de
nosotros es una computadora biomolecular, una máquina en la que los cuatro componentes
son moléculas que “hablan” la uno con la otra, lógicamente”.
El hardware y el software
de estos dispositivos, dice Keinan, son moléculas biológicas complejas que se
activan entre sí para llevar a cabo algunos trabajos químicos predeterminados.
La entrada es una molécula que sufre cambios específicos predeterminados,
siguiendo un conjunto específico de reglas (software), y la salida de este
proceso de cálculo químico es otra molécula bien definida.
Entendamos el proceso de
la construcción de una computadora biológica. Cuando se le preguntó qué es una
computadora biológica Keinan se reia:
“Bueno”, dijo, “no es
exactamente fotogénica.” Este equipo está “construido” mediante la combinación
de componentes químicos en una solución en un tubo. Varias pequeñas moléculas
de ADN se mezclan en solución con enzimas de ADN seleccionados y ATP. Esto
último se utiliza como fuente de energía del dispositivo.
“Es una solución donde
realmente no se ve nada”, dijo Keinan. “Las moléculas empiezan a interactuar
unas sobre otras, y vemos qué pasa.” Y jugando con el tipo de ADN y enzimas en
la mezcla, los científicos pueden ajustar el proceso a un resultado deseado.
“Nuestro dispositivo de
computación biológica se basa en un diseño de 75 años de edad, creado por el
matemático Inglés, criptoanalista y científico de computación Alan Turing”,
dijo Keinan. “Él fue muy influyente en el desarrollo de la informática,
proporcionando una formalización de los conceptos de algoritmo y computación, y
jugó un papel importante en la creación de la computadora moderna. Turing
demostró de manera convincente que el uso de este modelo le permitiría a usted
hacer todos los cálculos posibles. La entrada de la máquina de Turing es una
cinta que contiene una serie de símbolos y letras, que es una reminiscencia de
una cadena de ADN. Basicamente realiza cuatro acciones: 1) la lectura de la
carta, 2) sustituye a esa carta con otra carta 3) cambios en su estado interno,
4) se mueve a la siguiente posición. Una tabla de instrucciones, conocidas como
las normas transitorias, o software, dicta estas acciones. Nuestro dispositivo
se basa en el modelo de un autómata de estados finitos, que es una versión
simplificada de la máquina de Turing. ”
Ahora ya hemos demostrado
la viabilidad de una computadora biológica, pero no esperamos que este modelo
vaya a competir con su contraparte electrónico.
“El interés cada vez
mayor en los dispositivos de computación biomolecular no surge de la esperanza
de que estas máquinas compitan con los ordenadores electrónicos, que ofrecen
una mayor velocidad, fidelidad y poder en las tareas de computación
tradicionales”, dijo Keinan. “Las principales ventajas de los dispositivos de
computación biomolecular sobre los computadores electrónicos tienen que ver con
otras propiedades.”
Como se muestra en este
trabajo, continúa, una gran cantidad de información puede ser almacenada y
“encriptada” en las moléculas de ADN. Aunque cada paso es más lento que el
flujo de electrones en un ordenador electrónico, el hecho de que trillones de
procesos químicos se realizan en paralelo, hace este proceso muy rápido.
“Teniendo en cuenta el hecho de que la tecnología actual permite la impresión
de millones de píxeles en un solo chip, el número de imágenes posibles que se
pueden cifrar en estos chips es astronómicamente grande”, dijo.
“Además, como se muestra
en nuestro trabajo anterior y otros proyectos realizados en nuestro
laboratorio, estos dispositivos pueden interactuar directamente con sistemas
biológicos y organismos vivos, “, explicó Keinan. “Una interfaz no es necesaria
ya que todos los componentes de las computadoras moleculares, incluyendo
hardware, software, entrada y salida, son moléculas que interactúan en la
solución a lo largo de una cascada de eventos químicos programables.” Y añade
que debido a la capacidad del ADN para almacenar información, mayor que
computadoras comunes, empresas varias, están extremadamente interesadas en el
desarrollo de sistemas de computación basados en el ADN.
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