Scienziati informatici presso l'Università della California, Davis, La Maynooth University in Irlanda e il California Institute of Technology hanno creato molecole di DNA che possono autoassemblarsi in schemi essenzialmente eseguendo il proprio programma. L'opera è pubblicata il 21 marzo sulla rivista Natura .

"L'obiettivo finale è utilizzare il calcolo per far crescere strutture e consentire un'ingegneria molecolare più sofisticata, " ha detto David Doty, assistente professore di informatica alla UC Davis e co-primo autore del documento.

Il sistema è analogo a un computer, ma invece di usare transistor e diodi, utilizza molecole per rappresentare un numero binario a sei bit (ad esempio, 011001). Il team ha sviluppato una varietà di algoritmi che possono essere calcolati dalle molecole.

"Siamo rimasti sorpresi dalla versatilità degli algoritmi che siamo stati in grado di progettare, nonostante sia limitato a ingressi a sei bit, " Ha detto Doty. I ricercatori sono stati in grado di progettare ed eseguire 21 algoritmi nel corso degli esperimenti, dimostrare le potenzialità del sistema, Egli ha detto.

Lavorando inizialmente come studiosi post-dottorato con il professor Erik Winfree al Caltech, Doty e il co-autore Damien Woods, ora alla Maynooth University, progettato una libreria di brevi brani, o piastrelle, di DNA. Ogni tessera DNA è composta da 42 basi (A, C, G o T) disposti in quattro domini di 10-11 basi. Ogni dominio può rappresentare un 1 o uno 0 e può attenersi ad alcuni domini su altri riquadri. Non esistono due tessere una corrispondenza completa.

Due dei quattro domini su ogni riquadro sono "input, " e due "uscite". In un diodo elettronico, transistor o porta logica, un valore di 0 o 1 all'ingresso (o agli ingressi) darà un valore noto all'uscita. Allo stesso modo, a seconda di quali tessere i ricercatori hanno selezionato per iniziare il loro programma, potrebbero ottenere un output noto all'altra estremità.

A partire dai sei bit di input originali, il sistema aggiunge riga dopo riga di molecole, l'esecuzione progressiva dell'algoritmo. Invece di elettricità che scorre attraverso i circuiti, file di filamenti di DNA attaccati insieme eseguono il calcolo.

È come avere un set di mattoncini Lego, alcuni dei quali si attaccheranno spontaneamente ad altri mattoni. Seleziona un set di mattoncini con cui iniziare, mescolali insieme e guardali assemblarsi da soli in una struttura.

Il risultato finale del programma è qualcosa come una sciarpa di DNA lavorata a maglia, composto da tessere incollate tra loro secondo uno schema impostato dal programma originale. I risultati vengono letti con un microscopio a forza atomica, che rileva una molecola marcatore attaccata al DNA.

Il team è stato in grado di dimostrare algoritmi per una varietà di compiti, compresi esercizi di conteggio, passeggiate casuali e schemi di disegno come zigzag, diamanti e una doppia elica nel DNA.

Doty e Woods hanno iniziato il lavoro come scienziati informatici teorici, quindi hanno dovuto padroneggiare alcune abilità di "laboratorio umido". Nel futuro, la programmazione molecolare potrebbe operare a un livello superiore, ha detto Winfree. I programmatori di oggi non hanno bisogno di capire la fisica dei transistor, Per esempio.

All'UC Davis, Doty sta ora lavorando su aspetti teorici della programmazione molecolare. Il DNA è di particolare interesse perché rappresenta sia informazioni in forma molecolare, ed è relativamente facile da lavorare, Egli ha detto.

"È un grande dono che i biologi molecolari ci hanno fatto dagli informatici, " Egli ha detto.