Rivoluzione del DNA: Calcolo e Memorizzazione Futuristica
Per miliardi di anni, la vita ha utilizzato lunghe molecole di acido desossiribonucleico, o DNA, per immagazzinare informazioni e risolvere problemi. Oggi, gli ingegneri stanno reinterpretando il calcolo basato sul DNA, utilizzandolo sia per registrare dati che per servire come computer biologici. Tuttavia, fino ad ora hanno faticato a progettare un sistema sintetico capace di immagazzinare e svolgere compiti contemporaneamente.
Nuove ricerche dimostrano ora che è possibile impacchettare e presentare il DNA in modo che possa gestire entrambe le funzioni, offrendo una suite completa di operazioni di calcolo a partire da stringhe di acidi nucleici. In particolare, stiamo parlando di immagazzinamento, lettura, cancellazione, spostamento e riscrittura dei dati, gestendo queste operazioni in modi programmabili e ripetibili, simili a quelli di un computer tradizionale.
L’Innovazione della Scaffalatura di Acidi Nucleici
I ricercatori della North Carolina State University (NC State) e della Johns Hopkins University hanno dimostrato, attraverso esperimenti, che il loro innovativo supporto di acidi nucleici funge da prova della versatilità del calcolo basato sul DNA e ha il potenziale per costruire macchine biologiche incredibilmente compatte.
La ricerca, pubblicata su Nature Nanotechnology, ha mostrato come il DNA possa essere utilizzato non solo per la memorizzazione dei dati ma anche per l’esecuzione di operazioni di calcolo. Un’operazione dimostrata è stata la “cancellazione di file”.
Albert Keung, biologo molecolare della NC State, afferma:
“Si pensava che mentre lo stoccaggio di dati su DNA potesse essere utile per la memorizzazione a lungo termine, sarebbe stato difficile o impossibile sviluppare una tecnologia basata sul DNA che comprendesse l’intero spettro di operazioni trovate nei dispositivi elettronici tradizionali. Abbiamo dimostrato che queste tecnologie basate sul DNA sono fattibili, perché ne abbiamo realizzata una”.
Il DNA agisce come una base di codice per gli organismi viventi, fornendo modelli molecolari per strutture e processi biologici. In teoria, tuttavia, le stringhe chimiche potrebbero rappresentare praticamente qualsiasi sequenza di informazioni. Gli scienziati hanno sviluppato metodi per immettere vari tipi di dati in filamenti di DNA liberi per anni. Tuttavia, utilizzando strutture simili a piccoli alberi chiamate dendricolloidi, i ricercatori sono riusciti non solo a memorizzare i dati ma anche a modificarli continuamente con maggiore facilità.
La Chiave del Sistema: I Dendricolloidi
La chiave del sistema risiede nel modo in cui le informazioni DNA possono essere distinte dalle nanofibre di dendricolloidi su cui sono memorizzate. Questo consente ai dati di essere copiati in forma di RNA (acido ribonucleico) per essere elaborati, o di riscrivere aree specifiche del DNA senza danneggiare i “file” di DNA originali o il mezzo di memorizzazione. Inoltre, il supporto dendricolloide ramificato aiuta a preservare le informazioni DNA rispetto ai polimeri in soluzione.
Un’analisi dell’invecchiamento accelerato ha suggerito che i filamenti memorizzati sui dendricolloidi a una temperatura di circa 4 gradi Celsius (circa 39 gradi Fahrenheit) avrebbero una vita media di millenni. A temperature inferiori, potrebbe arrivare a milioni di anni.
Utilizzando un sistema di questo tipo, i dati che riempirebbero mille laptop possono essere memorizzati in modo affidabile in uno spazio della dimensione di una gomma da matita, afferma Keung, permettendo la memorizzazione a lungo termine di enormi database.
“Essenzialmente ci consente di condurre l’intero spettro delle funzioni di memorizzazione e calcolo basato sul DNA,” aggiunge Kevin Lin, ingegnere chimico della NC State.
Prospettive Future del Calcolo Basato sul DNA
Sebbene siamo ancora lontani dal vedere questi computer basati sul DNA trovare un uso diffuso, questa scoperta dimostra che è possibile. Già, la macchina biologica è stata in grado di risolvere problemi semplici di scacchi e sudoku – lontani dal dominio dei supercomputer ma sicuramente impressionanti per molecole microscopiche.
Attualmente, queste macchine non sono particolarmente potenti o veloci, ma la promessa del calcolo e della memorizzazione su DNA risiede nella capacità di comprimere enormi quantità di informazioni in uno spazio super-piccolo, su un mezzo che potrebbe potenzialmente sopravvivere a intere civiltà.
“Volevamo sviluppare qualcosa che potesse ispirare il campo del calcolo molecolare,” afferma Keung. “E speriamo che quello che abbiamo fatto sia un passo in quella direzione.”
Il futuro del calcolo basato sul DNA è ancora in fase di sviluppo, ma i recenti progressi mostrano il potenziale di questo campo emergente. La combinazione di memorizzazione e calcolo su molecole di DNA rappresenta un significativo passo avanti nella tecnologia, offrendo soluzioni potenzialmente rivoluzionarie per la memorizzazione a lungo termine e per applicazioni computazionali future.
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