Il DNA computer impara a giocare a tris

Il DNA computer impara a giocare a tris

Ancora progressi nell?integrazione del componente fondamentale della vita biologica nel mondo asettico del digital computing e delle macchine dal cuore di silicio
Ancora progressi nell?integrazione del componente fondamentale della vita biologica nel mondo asettico del digital computing e delle macchine dal cuore di silicio

Il computer biologico, per quanto ancora lontano dal rappresentare un obiettivo concreto, impara a giocare a tris ribattendo alle mosse di avversari umani. MAYA-II, sviluppato dai ricercatori della Columbia University in collaborazione con l’ Università del New Mexico , è un sistema computazionale composto da porte logiche basate su DNA, in grado di calcolare le mosse successive al gioco del tris attraverso reazioni chimiche che coinvolgono le molecole dell’acido fondamentale per il metabolismo degli organismi viventi.

Una porta logica a base organica consiste in un frammento di DNA, collegato ad una porta di input in cui immettere il materiale organico che rappresenta i dati. Reagendo alle informazioni in ingresso, il DNA si comporta come un enzima, modificando a sua volta un’altra breve sequenza di acido desossiribonucleico con cui comunica i risultati del calcolo in uscita.

I ricercatori hanno costruito una griglia formata da 9 serbatoi, replicando lo schema del gioco del tris, universale per antonomasia. Per partecipare al gioco, è necessario che il giocatore umano introduca manualmente una sequenza di DNA in uno degli 8 serbatoi rimasti liberi dopo la prima mossa riservata alla macchina biologica. La limitazione fondamentale del sistema, infatti, è che la macchina fa sempre la prima mossa riempiendo il serbatoio centrale. La generazione precedente di MAYA era ancora più limitata, con la prima mossa del giocatore umano ridotta ad uno solo di due quadrati ben definiti.

Ogni serbatoio di MAYA-II è composto da un numero di porte logiche a base di DNA compreso tra 14 e 18. Ad ogni mossa dell’avversario umano, la macchina risponde con una reazione molecolare: la sequenza di DNA di output generata dalla reazione ai dati in ingresso viene incanalata in una serie di altre porte logiche, collegate agli 8 serbatoi non ancora occupati. La reazione chimica così messa in moto produce infine una luce verde fluorescente all’interno del serbatoio scelto da MAYA-II come sua prossima mossa. La reazione mette “in allerta” anche gli altri serbatoi liberi, preparandoli per la risposta alle mosse future dell’avversario.

I ricercatori sono entusiasti del risultato ottenuto: “MAYA-II spinge il calcolo biologico ad un nuovo livello di potenza”, commenta Joanne Macdonald della Columbia University, e la sua realizzazione ha un’importanza “simile all’invenzione dei primi microchip contenenti centinaia di porte logiche”. La ricercatrice ammette le limitazioni del sistema, con una partita che può durare a lungo, visto che c’è da attendere tra i 2 e i 30 minuti per calcolare ogni mossa, ed un secondo apparato risulta necessario per tradurre i segnali fluorescenti in una mossa nel gioco.

Il sistema potrebbe altresì rivelarsi estremamente utile per raffinare le attuali tecniche di analisi dei campioni di DNA, e nella ricerca di marcatori genetici di particolari malattie. Macdonald sta già impiegando le porte bio-logiche alla base di MAYA-II per separare i virus ed individuare particolari combinazioni di DNA mutato.

Martyn Amos, della Manchester Metropolitan University del Regno Unito, commenta in maniera più critica il risultato ottenuto dai ricercatori americani: “Questo è il tipo di esperimenti che va nella giusta direzione per il calcolo basato sul DNA”, ammette, ma poi aggiunge che “non è qualcosa che si può interfacciare facilmente con il silicio”. Le molecole di DNA impiegate nell’esperimento, conclude poi Amos, non possono essere controllate completamente, essendo in tal modo soggette a possibili malfunzionamenti occasionali che inficerebbero inevitabilmente il calcolo finale.

Alfonso Maruccia

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18 10 2006
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