El proceso de hibridación entre las máquinas y la naturaleza avanza a paso firme. Este es uno de los objetivos más ambiciosos y fascinantes de la ciencia: construir un puente sintético entre lo orgánico y lo no orgánico con el fin de conseguir una transmisión de información que permita intervenir positivamente tejidos orgánicos como los pulmones o las neuronas de nuestro cerebro. Un trabajo pionero en la creación de máquinas moleculares sintéticas ha dado un gran paso adelante para que esto pase de ser un concepto a una realidad.
A esta altura está claro que la vida se ensambla molécula a molécula. Los planos de nuestro cuerpo están codificados en cintas de ADN y ARN. Las fábricas celulares, llamadas ribosomas, materializan estos planos uniendo aminoácidos en largas cadenas llamadas proteínas. Y estas proteínas, de las que hay cientos de millones, forman un conjunto de tecnologías naturales espectaculares: Ojos, músculos, huesos y cerebros.
Todo el mundo viviente está construido por estas increíbles máquinas moleculares.
A medida que los científicos aprenden más sobre la maquinaria de la vida, empiezan a tomar los mandos. Los ingenieros genéticos están modificando el código con herramientas de edición de genes para tratar enfermedades. Los biólogos sintéticos están convenciendo a las bacterias modificadas genéticamente para que produzcan sustancias como biocombustibles o conviertan los residuos de la sociedad en valiosos productos químicos. Y aún hay más investigadores que pretenden utilizar el ADN para el almacenamiento digital e incluso la robótica.
Pero lo que los sistemas vivos pueden fabricar tiene sus límites: Se basan en la química del carbono. ¿Podríamos construir cosas nuevas reproduciendo la maquinaria de la vida con ingredientes inorgánicos? David Leigh, químico orgánico de la Universidad de Manchester, cree que sí. "Como científicos sintéticos, tenemos toda la tabla periódica de elementos que podemos utilizar", dijo a Wired. "Es liberarse de las formas en que la biología está restringida".
El último trabajo de su equipo, publicado en un artículo en Nature, describe un paso crucial hacia el objetivo final: ordenadores moleculares que funcionen. Aunque aún queda mucho camino por recorrer, la visión de Leigh plenamente realizada supondría una nueva forma de construir y computar. Los ordenadores moleculares podrían almacenar datos y, como los ribosomas, ensamblar productos físicos a partir de planos codificados. En lugar de encadenar aminoácidos para formar proteínas, podrían producir materiales finamente ajustados con nuevas propiedades que serían imposibles de fabricar de otra manera.
Máquinas de Turing
Allan Turing se adelantó a su tiempo, pero resulta que la naturaleza se adelantó a Turing.
En 1936, Turing esbozó un experimento mental para lo que se conocería como máquina de Turing. En él, imaginó una cinta con símbolos perforados que se introducía en una máquina que podía leer los símbolos y traducirlos en algún tipo de acción. La máquina de Turing fue la base teórica de la computación moderna, en la que algoritmos codificados instruyen a las máquinas para que enciendan píxeles, carguen páginas web o generen prosa.
La máquina de Turing debe sonar familiar por otra razón. Es similar a la forma en que los ribosomas leen el código genético en cintas de ARN para construir proteínas.
Las fábricas celulares son una especie de máquina de Turing natural. Lo que busca el equipo de Leigh funcionaría de la misma manera pero iría más allá de la bioquímica. Estas máquinas de Turing microscópicas, u ordenadores moleculares, permitirían a los ingenieros escribir un código para algún resultado físico en una cinta molecular sintética. Otra molécula viajaría a lo largo de la cinta, leería (y algún día escribiría) el código y produciría alguna acción específica, como catalizar una reacción química. Ahora, el equipo de Leigh afirma haber construido los primeros componentes de un ordenador molecular: Una cinta molecular codificada y un lector molecular móvil del código.
Los investigadores llevan décadas soñando con ordenadores moleculares. Según Jean-François Lutz, del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia, el último trabajo de Leigh supone un notable avance. "Se trata de la primera prueba de principio, que demuestra que se puede hacer efectivamente", dijo a Wired. "Se ha conceptualizado, pero nunca se ha logrado realmente". A continuación se explica cómo funciona.
Anillos y cintas moleculares Las máquinas moleculares de Leigh tienen unas cuantas partes clave: una cinta molecular segmentada con sitios de acoplamiento cuidadosamente diseñados, un anillo molecular que se une a la cinta y se desplaza por ella, y una solución en la que flotan muchas copias del sistema. El equipo alimenta el sistema con pulsos de ácido, cambiando el pH de la solución y modificando la estructura de la cinta.
Con el primer pulso, los anillos moleculares libres -en este caso, un éter de corona, o un anillo de grupos éter- se enroscan en las cintas, acoplándose en el primero de varios sitios de unión. La composición química de cada sitio de unión induce un cambio estereoquímico en el éter corona. Es decir, el sitio de unión modifica la orientación del éter corona en el espacio sin cambiar su composición. Otros impulsos de ácido mueven el éter corona a lo largo de sitios de unión secuenciales, y cada nuevo sitio hace que se contorsione en una configuración codificada diferente.
Estos cambios estereoquímicos son la clave. El equipo asignó a cada configuración un valor. En lugar de los 1s y 0s del código binario, eligieron -1s, 0s y +1s para dos giros estereoquímicos (cada uno el espejo del otro) y una posición neutral. Así, cuando el éter corona atraviesa la cinta molecular, sus cambios químicos leen el código.
Todo esto es invisible para el ojo, así que, ¿cómo sabían que funcionaba? Cada configuración del éter corona retuerce la luz de forma un poco diferente. Al bañar la solución en luz, pudieron observar los cambios que se producían. El equipo descubrió que la luz retorcida coincidía con el recorrido del éter corona a lo largo de la cinta, transmitiendo el mensaje exactamente como estaba codificado.
Lo que viene a continuación
El reciente trabajo es una fascinante prueba de concepto, pero no deja de ser eso. El sistema es lento -tarda varias horas en desplazarse de un sitio a otro-, sólo lee en una dirección y aún no puede escribir información. Todavía no señala la inminente llegada de los ordenadores moleculares. "Soñar en química es siempre bastante fácil, pero hacerlo realidad es diferente", dijo Lutz.
Aun así, es un paso en la dirección correcta, y los siguientes pasos están en marcha. Leigh dijo que su equipo planea conseguir que el sistema escriba datos. También cree que es posible una mayor velocidad -aunque quizá sea menos importante para algunas aplicaciones- y que podrían aumentar la densidad de la información pasando de un sistema de tres dígitos a otro de cinco o incluso siete.
A medida que los científicos se basen en trabajos como el de Leigh, podrían abrir un universo paralelo de máquinas moleculares sintéticas justo al lado del mundo orgánico.
