Um Tubo de Ensaio Como Processador: Como Moléculas de DNA Aprenderam a Resolver Problemas

O artigo traça o desenvolvimento da computação por DNA. Começa com a enzima de restrição EcoRI, que corta o DNA em uma sequência específica de seis nucleotídeos, demonstrando especificidade molecular. Leonard Adleman, vencedor do Prêmio Turing e professor da Universidade do Sul da Califórnia, percebeu em 1993 que o reconhecimento e a ação enzimática constituem computação. Em 1994, ele publicou um experimento na Science resolvendo um problema de caminho hamiltoniano com um grafo de sete cidades usando moléculas de DNA: cada cidade foi atribuída a uma sequência aleatória de 20 nucleotídeos, e moléculas de estrada foram construídas para ligá-las. A ligação e a PCR filtraram os caminhos corretos, produzindo a resposta em cerca de uma semana. Trabalhos posteriores de Qi Ouyang (clique maximal, 1997) e Ravinderjit Braich (satisfatibilidade com 20 variáveis, 2002) provaram a abordagem, mas esbarraram em uma parede: o número de caminhos possíveis cresce fatorialmente, então para 200 cidades a massa de DNA necessária excederia a massa da Terra em 10^328 vezes. O autômato MAYA de Milan Stojanovic (2003) jogava jogo da velha usando DNAzimas, mas o ruído limitava os circuitos a cerca de dez portas. O armazenamento de DNA, no entanto, destacou-se: a 'fonte de DNA' de Yaniv Erlich e Dina Zielinski armazenou 2,14 megabytes em 2017, e o trabalho de Lee Organick em 2018 alcançou acesso aleatório a arquivos de um pool de 200 megabytes. Na biomedicina, circuitos de deslocamento de fita possibilitaram redes neurais moleculares; o grupo de Lulu Qian em 2018 classificou dígitos MNIST com uma rede baseada em DNA levando oito horas por computação. Apesar de não competir com o silício em velocidade, o DNA oferece densidade de armazenamento extrema e a capacidade de computar dentro de células vivas.