Toda la vida, hasta donde sabemos, se ensambla molécula por molécula. El modelo de nuestros cuerpos está codificado en cintas de ADN y ARN. Las fábricas celulares llamadas ribosomas hacen que estos planos sean físicos al unir los aminoácidos en cadenas largas llamadas proteínas. Y estas proteínas, de las que hay cientos de millones, forman un conjunto de tecnologías naturales espectaculares: ojos, músculos, huesos y cerebro.
por Jason Dorrier
Todo el mundo viviente está construido por estas asombrosas máquinas moleculares.
A medida que los científicos aprenden más sobre la maquinaria de la vida, comienzan a tomar los controles. Los ingenieros genéticos están ajustando el código con herramientas de edición de genes para tratar enfermedades . Los biólogos sintéticos están persuadiendo a las bacterias modificadas genéticamente para que produzcan sustancias como biocombustibles o conviertan los desechos de la sociedad en sustancias químicas valiosas . Aún más investigadores apuntan a utilizar el ADN para el almacenamiento digital e incluso para la robótica .
Pero hay límites a lo que pueden hacer los sistemas vivos: se ocupan de la química basada en el carbono. ¿Podríamos construir cosas nuevas reflejando la maquinaria de la vida en ingredientes inorgánicos? Así lo cree David Leigh, químico orgánico de la Universidad de Manchester. “Como científicos sintéticos, tenemos toda la tabla periódica de elementos que podemos usar”, dijo a Wired . “Se está liberando de las formas en que la biología está restringida”.
El último trabajo de su equipo, publicado en un artículo en Nature , describe un paso crucial hacia el objetivo final: trabajar con computadoras moleculares. Aunque todavía queda un largo camino por recorrer, la visión de Leigh completamente realizada traería consigo una nueva forma de construir y computar. Las computadoras moleculares podrían almacenar datos y, como los ribosomas, ensamblar productos físicos a partir de planos codificados. En lugar de encadenar aminoácidos en proteínas, podrían producir materiales finamente ajustados con nuevas propiedades que serían imposibles de hacer de otra manera.
Máquinas de Turing
Allan Turing se adelantó a su época, pero resulta que la naturaleza se adelantó a Turing.
En 1936, Turing esbozó un experimento mental para lo que se conocería como una máquina de Turing. En él, imaginó una cinta con símbolos perforados que pasaban por una máquina que podía leer los símbolos y traducirlos en algún tipo de acción. La máquina de Turing fue la base teórica de la computación moderna, en la que los algoritmos codificados instruyen a las máquinas para encender píxeles, cargar sitios web o generar prosa.
La máquina de Turing debería sonar familiar por otra razón. Es similar a la forma en que los ribosomas leen el código genético en cintas de ARN para construir proteínas.
Las fábricas celulares son una especie de máquina de Turing natural. Lo que busca el equipo de Leigh funcionaría de la misma manera pero iría más allá de la bioquímica. Estas máquinas microscópicas de Turing, o computadoras moleculares, permitirían a los ingenieros escribir código para algún resultado físico en una cinta molecular sintética. Otra molécula viajaría a lo largo de la cinta, leería (y un día escribiría) el código y generaría alguna acción específica, como catalizar una reacción química.
Ahora, el equipo de Leigh dice que han construido los primeros componentes de una computadora molecular: una cinta molecular codificada y un lector molecular móvil del código.
Los investigadores han estado soñando con computadoras moleculares durante décadas. Según Jean-François Lutz, del Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia, el último trabajo de Leigh es un notable paso adelante. “Esta es la primera prueba de principio, que muestra que puedes hacerlo de manera efectiva”, dijo a Wired. “Se ha conceptualizado, pero nunca se ha logrado realmente”. Así es como funciona .
Anillos y cintas moleculares
Las máquinas moleculares de Leigh tienen algunas partes clave: una cinta molecular segmentada con sitios de acoplamiento cuidadosamente diseñados, un anillo molecular que se une y viaja a lo largo de la cinta, y una solución en la que flotan muchas copias del sistema. El equipo alimenta el sistema con pulsos de ácido, cambiando el pH de la solución y modificando la estructura de la cinta.
Con el primer pulso, los anillos moleculares libres, en este caso, un éter corona o un anillo de grupos éter, se enroscan en las cintas y se acoplan en el primero de varios sitios de unión. La composición química de cada sitio de unión induce un cambio estereoquímico en el éter corona. Es decir, el sitio de unión modifica la orientación del éter corona en el espacio sin cambiar su composición.
Pulsos adicionales de ácido mueven el éter corona a lo largo de sitios de unión secuenciales, y cada nuevo sitio hace que se contorsione en una configuración codificada diferente.
