Computador de DNA: Biologia Molecular no lugar do Silício

A ideia de criar um computador de DNA surgiu da necessidade de resolver problemas combinatórios com mais eficiência. Foi descrito pela primeira vez em um artigo no ano de 1994. O artigo tratava da resolução do problema do caminho hamiltoniano através de computação molecular.

Em Informática, o problema do caminho hamiltoniano trata-se de um diagrama de pontos no qual o objetivo é encontrar um caminho do início (A) até o final (G), passando por todos os demais pontos apenas uma vez. Este problema, apesar de visualmente simples (ABCDEFG), é extremamente difícil para um computador tradicional. O motivo é a forma como o computador analisa as opções, checando uma a uma as possibilidades. A vantagem do computador de DNA é que ele pode traçar todos os caminhos ao mesmo tempo, economizando uma quantidade enorme de passos.

O uso de material genético ao invés do tradicional Silício deve-se ao fato de que moléculas de DNA são ideais para a elaboração de um computador molecular, por serem eficientes e muito compactas. Para efeitos de comparação, uma fita de DNA contém todas as informações para que uma célula se mantenha viva e, no entanto, a fita constitui apenas 0,3% do volume do núcleo da célula. O DNA acumula 100 trilhões de vezes a informação armazenada nos mais sofisticados sistemas de computação atual. Num computador de DNA, um número estratosférico de moléculas, justamente por serem pequenas e compactas, podem trabalhar simultaneamente para efetuar um cálculo. Tal número gira em torno de 10 elevado à 10.

Os computadores de silício tradicionais são muito mais rápidos mas calculam sempre um número por vez, gerando um gasto energético um tanto considerável. O computador de DNA, por sua vez, embora lento, pode realizar cálculos com simultaneidade de bilhões de moléculas, além de serem muito mais eficientes do ponto de vista energético. É a natureza biológica a se demonstrar constantemente mais perfeita quanto sua engenharia.

A grande similaridade entre computadores de silício e os de DNA é que ambos se baseiam em informação. No caso dos computadores atuais, existe uma codificação em liguagem binária baseada em séries de uns e zeros. Já o DNA é formado, em geral, por quatro ácidos nucléicos (A, T, Ce G), também numa sequência organizada. A informação, portanto, pode ser manipulada de forma semelhante no DNA à forma como trabalhamos nos computadores atuais.

Uma máquina de Turing (um dispositivo teórico conhecido como máquina universal ou um modelo abstrato de computador, que foi concebido pelo matemático britânico Alan Turing muitos anos antes de existirem os modernos computadores digitais) recebe códigos em seqüência binária (0101110011) e executa quatro operações distintas para processar uma resposta: Transformar 1 em 0, 0 em 1, mover para frente ou mover para trás na seqüência de informações. Todo computador digital, por mais rápido que seja ou por mais complexo que se organize, se reduz a uma simples máquina de Turing. Zero e um.

Da mesma forma, a molécula de DNA é organizada por uma série de ácidos nucléicos dispostos em uma sequência organizada. Portanto, é possível converter os códigos binários em códigos de DNA. Pode-se, por exemplo, estabelecer que ATACG = 1 e TACCG = 0. Logo, através de processos químicos, usando as famosas enzimas de restrição e reações em cadeia polimerase (a famosa PCR) para produzir seqüências de DNA, é possível reproduzir todas as operações de uma máquina de Turing. Desenvolvida a tecnologia, espera-se que meio quilo de moléculas de DNA suspensas em mil litros de líquido (o que ocuparia cerca de um metro cúbico) poderia armazenar mais memória que todos os computadores já fabricados.

A nível de curiosidade, tal "máquina" teria cem trilhões de vezes a capacidade do cérebro humano. Além disso, apenas 28 gramas de DNA poderiam ser cem mil vezes mais rápidos que o supercomputador mais rápido do planeta.

Para além das funções informacionais clássica, tais computadores podem ser extremamente úteis biologicamente. Um computador de DNA poderá um dia ser capaz de identificar e tratar doenças como o câncer. Para se ter uma ideia, pesquisadores do Instituto Weizmann, de Israel, criaram o menor computador biomolecular há alguns anos. Agora, conseguiram programá-lo para analisar, identificar e tratar câncer de próstata e uma forma de câncer de pulmão.

É isso que emociona na Genética: o fato de ser uma ciência que deixou de der a "ciência de ereditariedade" e se tornou a ciência da esperança. Esperança de uma vitória definitiva em cima das doenças e da morte.

Os pesquisadores de Israel aumentaram a esperança da humanidade de vive ou teme os leitos e as terapias sem volta. Hatikva!