Computador vivo utiliza microrganismos
Material genético de bactérias pode ser aproveitado na solução de problemas matemáticos complexos. Longe de ser aquela máquina eletrônica convencional baseada no silício, cientistas construíram um computador a partir de um fragmento circular de DNA que foi inserido na célula de uma bactéria viva. Depois o microrganismo foi liberado para resolver problemas matemáticos.
“Um computador é qualquer sistema capaz de ler uma informação de entrada e fornecer uma saída compreensível” explica Karmella Haynes, uma bióloga do Davidson College na Carolina do Norte e co-autora de um novo estudo, publicado no Journal of Biological Engineering. Haynes e seu grupo aproveitaram o potencial de recombinação do DNA para resolver o chamado “problema das panquecas queimadas”: um quebra-cabeça cujo desafio está em empilhar panquecas de diferentes tamanhos, queimadas de um lado e bem cozidas do outro, utilizando o menor número de inversões e ordenando-as de tal forma que as maiores fiquem embaixo e todas tenham a parte queimada viradas para baixo.
Tom Ran, um aluno de pós-graduação do laboratório onde trabalha o cientista da computação Ehud Shapiro, no Instituto Weizmann, em Rehovot, Israel, afirma: “Este é o primeiro trabalho que encontrei utilizando células vivas para solucionar problemas específicos de ciência da computação.”
Haynes e seu grupo mostraram que, utilizando o DNA como um computador, poderiam resolver o problema das panquecas queimadas. Se seu sistema pudesse ser ampliado, poderiam solucionar problemas complexos como rotas mais eficientes entre Chicago e Singapura ou a melhor forma de distribuir chamadas telefônicas através dos Estados Unidos – um desafio que empresas como a FedEx e a AT&T vem enfrentando há anos. Além disso, os problemas seriam resolvidos em apenas uma fração do tempo gasto pelos computadores convencionais.
Pesquisadores pretendem utilizar computadores vivos em várias outras aplicações, como uma forma de detectar mudanças em sistemas vivos – como câncer em órgãos internos ou a propagação de contaminantes em lagos.
“Computadores vivos poderão realizar tarefas que os computadores comuns não conseguem”, avalia Len Adleman, cientista molecular da University of Southern California. “Por exemplo, é difícil imaginar que um computador convencional possa ser colocado em células de uma bactéria”.
Um grupo de pesquisadores da Davidson and Missouri Western State University, em St. Joseph, inseriu um segmento circular independente de DNA – chamado plasmídio — em uma cepa benigna da bactéria intestinal, unicelular, Escherichia coli. Algumas cepas dessa bactéria podem produzir envenenamento alimentar. O grupo modelou um problema simples de inversão de duas panquecas, usando dois segmentos do DNA — um longo e outro curto, que foram inseridos na célula com ordem e orientação aleatórias. Os cientistas também adicionaram uma enzima da bactéria Salmonella que é capaz de inverter fragmentos genéticos.
Os segmentos requerem um certo número de inversões, em um dado intervalo de tempo, para se posicionarem na configuração correta. Ao atingir a orientação correta, cada microrganismo recebe uma recompensa: imunidade ao antibiótico tetraciclina. Depois de um certo período, os pequenos computadores foram expostos ao antibiótico – somente aqueles com a orientação correta do segmento sobreviveram. A partir disso, é possível saber que células tinham resolvido corretamente o problema da inversão, porque as que não conseguiram, morreram.
Haynes explica que a expectativa de se construir computadores vivos em células depende de um processamento paralelo: como são células são vivas, se replicam, e ao copiar os segmentos plasmídios e a enzima da Salmonella em novas células, estarão multiplicando continuamente o número de processadores que trabalham no problema, permitindo assim chegar a uma solução mais rápida que com um computador comum.
Embora o problema das panquecas queimadas com duas inversões utilizado nesse estudo seja relativamente simples, é importante observar que para seis panquecas, o número possível de pilhas é de 46.080 e para 12, aproximadamente dois trilhões. Haynes comenta que “se tivéssemos 11 ou 12 panquecas, o computador convencional levaria meses para solucionar o problema.”
Fonte: Scientific American Brasil
