Sueños de David Leigh de construir una pequeña máquina. En realidad pequeña. Algo minúsculo. O más bien… molécula. “Químicos como yo hemos estado trabajando para tratar de convertir moléculas en máquinas durante unos 25 años”, dice Leigh, químico orgánico de la Universidad de Manchester en el Reino Unido. “Y por supuesto, son todos pasos de bebé. Estás construyendo sobre todos los que te precedieron”.
En 1936, el matemático inglés Alan Turing imaginó una máquina autónoma capaz de ejecutar cualquier algoritmo codificado con precisión. La máquina hipotética leería una tira de cinta salpicada de símbolos que, interpretados secuencialmente, instruirían a la máquina para que actuara. Puede transcribir, traducir o calcular, convirtiendo el código en un mensaje o un problema matemático en una respuesta. La máquina de Turing fue una visión profética de las computadoras modernas. Si bien su computadora portátil no depende de la cinta para ejecutar programas, la filosofía detrás de esto es la misma. “Eso sentó las bases de la informática moderna”, dice Leigh.
Leigh ahora cree que las diminutas versiones moleculares de la máquina de Turing podrían ensamblar lo que luchamos por construir en el ámbito orgánico, como nuevos medicamentos y plásticos con rasgos tan mejorados y precisos que están fuera del alcance de las herramientas actuales. Y está seguro de que puede hacerlo. "Está absolutamente claro que es posible", dice, "porque ya existe este ejemplo de trabajo llamado biología". La naturaleza le ha dado a cada forma de vida su versión de la máquina de Turing: ribosomas, estructuras celulares que se deslizan por secuencias de ARNm para producir proteínas, un aminoácido a la vez. Ninguna vida en la tierra puede funcionar sin ellos.
Una máquina molecular funcionaría como un ribosoma, en el sentido de que las instrucciones estarían codificadas en una molécula y otra las interpretaría o las leería. O puede pensar en ello un poco como una grabadora, en la que la información está codificada en una molécula que sirve como pista, y es leída por una segunda molécula que sirve como la "cabeza" del lector que la reproduce.
Todavía no existe una máquina que funcione completamente. Investigadores como Leigh lo están construyendo pieza por pieza. Su equipo diseñó una molécula de "trinquete" en forma de anillo en 2007 que funcionaba con luz y podía avanzar a lo largo de una pista molecular. Pero eso no era lo que Leigh realmente quería: los sistemas biológicos funcionan con combustibles químicos, no con luz.
Entonces, hace cinco años, descubrieron cómo empujar estas moléculas de trinquete usando ácido tricloroacético como combustible químico. Las máquinas están en un líquido y el equipo pulsó el ácido en ellas. El pH del líquido circundante cambia a medida que el ácido se descompone, lo que hace que la molécula de seguimiento lleve a la molécula principal un paso hacia adelante, y nunca hacia atrás. Piense en ello como una escalera mecánica o una brida de plástico: la forma de diente de sierra de la pista restringe el movimiento en una sola dirección.
Ahora, en un estudio publicado recientemente en Naturaleza, El equipo de Leigh combinó estas innovaciones para demostrar que una máquina del tamaño de una molécula puede leer mientras se mueve. Codificaron bloques de información en una molécula (la cinta) y diseñaron otra para que se deslizara hacia abajo (la cabeza). A medida que la cabeza se movía a lo largo de la cinta, se contorsionaba en una forma predecible cada vez que escaneaba un bloque específico de información. Eso permitió al equipo interpretar la información de la cinta en función de los cambios en la forma de la cabeza, esencialmente para leer su código.
El equipo de Leigh diseñó la cinta molecular para este estudio para que fuera más ambiciosa que los bits binarios a los que estamos acostumbrados en computación, que pueden ser un 0 o un 1. En cambio, cada bloque de información en la cinta está escrito en tres direcciones. , o ternariocódigo, tomando los valores -1, 0 o +1.
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