Uma tecnologia nascente

Computadores de DNA ainda não são encontrados em lojas de componentes eletrônicos. Essa tecnologia ainda está em desenvolvimento e não existia nem como conceito há pouco tempo. Em 1994, Leonard Adleman introduziu a idéia de usar o DNA para resolver problemas matemáticos complexos. Adleman, um cientista da computação da Universidade do Sul da Califórnia (em inglês), chegou à conclusão de que o DNA tinha potencial computacional depois de ler o livro "Biologia Molecular do Gene", escrito por James Watson, um dos descobridores da estrutura do DNA em 1953. De fato, o DNA é muito semelhante a um disco rígido de computador na maneira como armazena informações permanentes de seus genes.

Adleman é freqüentemente chamado de inventor dos computadores de DNA. Seu artigo de 1994 num exemplar da revista Science (em inglês) esboçou como usar o DNA para resolver um famoso problema matemático, chamado problema do caminho Hamiltoniano, também conhecido como problema do "caixeiro viajante". A meta do problema é encontrar a rota mais curta entre um número de cidades, passando por cada uma delas somente uma vez. Quanto mais cidades se acrescenta ao problema, mais difícil ele se torna. Adleman escolheu encontrar a rota mais curta entre sete cidades.

Provavelmente, você poderia esboçar este problema no papel e chegar à solução mais rápido do que fez Adleman usando seu computador de DNA de proveta. Eis os passos realizados por Adleman em seu experimento do computador de DNA:

1. os filamentos de DNA representam as sete cidades. Nos genes, os códigos genéticos são representados pelas letras A, T, C e G. Algumas seqüências destas quatro letras representam cada cidade e os possíveis percursos;
2. essas moléculas são misturadas em um tubo de ensaio, com alguns dos filamentos de DNA fixados juntos. Uma cadeia destes filamentos representa uma possível resposta;
3. em poucos segundos, todas as possibilidades de combinação dos filamentos de DNA que representam respostas são criadas no tubo de ensaio;
4. Adleman elimina as moléculas incorretas através de reações químicas, deixando somente as possibilidades de conexões entre as sete cidades.

O sucesso do computador de DNA de Adleman prova que o DNA pode ser usado para executar problemas matemáticos complexos. Entretanto, esse primitivo computador de DNA está longe de desafiar os computadores de silício em termos de velocidade. O computador de DNA de Adleman criou um conjunto de possíveis respostas rapidamente, mas Adleman levou dias para reduzir as possibilidades. Outra desvantagem de seu computador de DNA é que ele requer assistência humana. A meta da área de computadores de DNA é criar um dispositivo que possa trabalhar independente do envolvimento humano.

Três anos após o experimento de Adleman, pesquisadores da Universidade de Rochester (em inglês) desenvolveram portas lógicas de DNA. Portas lógicas são parte vital para que os computadores cumpram as funções que pedimos. Estas portas convertem códigos binários que circulam pelo computador em uma série de sinais que ele utiliza pra executar as operações. Hoje as portas lógicas recebem sinais do transistor de silício, convertendo-os em sinais de saída que permitem ao computador executar funções complexas.

As portas lógicas de DNA da equipe de Rochester são o primeiro passo em direção à criação de um computador que tenha uma estrutura semelhante ao de um PC. Em vez de usarem sinais eletrônicos para executar operações lógicas, estas portas lógicas de DNA contam com o código genético. Eles detectam fragmetos de material genético como entrada, unem estes fragmentos e formam uma única saída. Por exemplo, uma porta genética chamada de "porta And" une duas entradas de DNA, amarrando-as quimicamente de modo que fiquem ligadas por uma estrutura ponto a ponto, semelhante ao modo como dois Legos podem ser presos por um terceiro Lego entre eles. Os pesquisadores acreditam que estas portas lógicas podem ser combinadas com microchips de DNA para criar uma ruptura na computação de DNA.

Componentes de computadores de DNA, como as portas lógicas e os biochips, levarão anos para evoluir para um computador de DNA prático e utilizável. Se um computador como esse for construído, os cientistas dizem que ele será mais compacto, preciso e eficiente que os computadores convencionais. Na próxima seção saberemos como um computador de DNA pode sobrepujar seus predecessores à base de silício e quais tarefas estes computadores poderão executar.