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Il nuovo chip basato sul DNA sa già risolvere problemi matematici complessi

Il termine “DNA” richiama immediatamente alla mente l’elica a doppio filamento che contiene tutte le nostre informazioni genetiche. Ma le singole unità dei suoi due filamenti sono coppie di molecole legate tra loro in modo selettivo e complementare. Recentemente si è scoperto che è possibile sfruttare questa proprietà di accoppiamento per eseguire calcoli matematici complessi.

Poiché il DNA ha solo due filamenti, l’esecuzione anche di un semplice calcolo richiede più reazioni chimiche utilizzando diversi set di DNA. Nella maggior parte delle ricerche esistenti, il DNA per ogni reazione viene aggiunto manualmente, uno per uno, in una singola pipe, il che rende il processo poco agile. I chip microfluidici, che consistono in canali stretti incisi su un materiale come la plastica, offrono un modo per automatizzare il processo.

In un recente articolo, reso disponibile online su ACS Nano, un team di scienziati della Incheon National University (INU), in Corea, ha presentato un chip microfluidico programmabile basato sul DNA che può essere controllato da un personal computer per eseguire calcoli del DNA. “La nostra speranza è che le CPU basate sul DNA sostituiscano le CPU elettroniche in futuro perché consumano meno energia, il che aiuterà con il riscaldamento globale. Le CPU basate sul DNA forniscono anche una piattaforma per calcoli complessi come soluzioni di deep learning e modellazione matematica”, ha affermato il dr. Youngjun Song dell’INU, che ha guidato lo studio.

Il Dr. Song e il suo team hanno utilizzato la stampa 3D per fabbricare il loro chip microfluidico, che può eseguire la logica booleana, una delle logiche fondamentali della programmazione informatica. La logica booleana è un tipo di logica vero o falso che confronta gli input e restituisce un valore di “true” o “false” a seconda del tipo di operazione, o “porta logica”, utilizzata.

La porta logica in questo esperimento consisteva in un modello di DNA a singolo filamento. Diversi DNA a singolo filamento sono stati poi utilizzati come input. Se una parte di un DNA in ingresso aveva una sequenza di Watson-Crick complementare al DNA modello, si accoppiava per formare DNA a doppio filamento. L’output è stato considerato vero o falso in base alle dimensioni del DNA finale.

Ciò che rende straordinario il chip progettato è un sistema di valvole a motore che può essere azionato utilizzando un PC o uno smartphone. Il chip e il software insieme formano un’unità di elaborazione microfluidica (MPU). Grazie al sistema di valvole, l’MPU poteva eseguire una serie di reazioni per eseguire una combinazione di operazioni logiche in modo rapido e conveniente.

Questo esclusivo sistema di valvole dell’MPU programmabile basato su DNA apre la strada a cascate di reazioni più complesse in grado di codificare per funzioni estese. “La ricerca futura si concentrerà su una soluzione di calcolo totale del DNA con algoritmi di DNA e sistemi di archiviazione del DNA”, ha spiegato il dott. Song.