C mo podemos racionalmente dise ar y sintetizar adn

¿Cómo podemos racionalmente diseñar y sintetizar
sistemas moleculares con comportamientos programables?
La vida está llena de programas increíblemente sofisticados codificados en los genomas, la orquestación de moléculas de sentir, de calcular, para responder, y para crecer. Un enfoque para la interpretación de los programas moleculares que crea la naturaleza es explorar y re-realidad losprincipios de procesamiento de la información en la biología, por ejemplo, mediante el diseño racional y la síntesis de sistemas moleculares que exhiben comportamientos programables. Este enfoque no sólo es filosóficamente importante, pero también prácticamente atractivo. Por mucho que la electrónica ha cambiado nuestras vidas con las computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y vehículos, en unaciencia de la computación escala mucho más pequeña en su nueva forma como la programación molecular va a cambiar nuestras vidas con nanomáquinas, drogas inteligentes y dispositivos de diagnóstico.

El campo de la informática y la programación de ADN molecular comenzó con el uso de moléculas de ADN como un sustrato de computación para resolver problemas matemáticos duros, donde se reclutaron ungran número de moléculas para calcular en paralelo, presumiblemente mucho más eficiente y con mucha menos energía que la electrónica. Pero el sueño de competir con la electrónica no ha dado resultado. Otro sueño, que ha empezado a florecer, es la construcción de dispositivos moleculares de interactuar y manipular la materia a escala nanométrica - la escala más fina que se puede imaginar. Por ejemplo,un ordenador biomolecular podría ser puesto dentro de las células individuales, recoger información del entorno molecular, y regular el comportamiento de la célula.


Desde autoensamblaje de nanoestructuras a dispositivos nanomecánicos, desde molecular autómatas de estados finitos a los circuitos lógicos digitales nucleicos ácido, los investigadores están aprendiendo a manipular las moléculaspara llevar a cabo programas diseñados. Como resultado, estos sistemas se han aplicado al estudio de las interacciones proteína-ADN, para determinar estructuras de proteínas de membrana, para detectar condiciones de pH en los organismos vivos, y para los patrones de expresión de ARNm de imagen múltiple; dichos instrumentos moleculares avanzarán la biología molecular de muchas maneras. Sistemas deácido nucleicos artificiales también se han aplicado a la organización de las nanopartículas, para crear una línea de montaje para la construcción de objetos moleculares, y para controlar la síntesis de nuevas sustancias químicas; estos enfoques tendrán gran influencia en la ciencia de materiales y la industria química. Sistemas de ácido nucleicos artificiales más se han aplicado a la ingeniería víasde biosíntesis, para identificar las células cancerosas, y para entregar los anticuerpos a las células diana; tales aplicaciones van a cambiar el ancho y la profundidad de la biotecnología y la medicina.

Circuitos bioquímicos
El poder y el misterio de la vida se enreda en el procesamiento de la información en el centro de toda la maquinaria celular. Ingeniería de sistemas de procesamiento deinformación molecular puede permitirnos aprovechar ese poder y dilucidar los principios que nos ayudarán a entender y apreciar el misterio.

El ADN es un material de ingeniería excelente para circuitos bioquímicos porque su naturaleza biológica es compatible con aplicaciones tecnológicas en vivo , su fácil síntesis química facilita experimentos prácticos in vitro , su estructura combinatoriaproporciona suficiente espacio de diseño de la secuencia, y el principio de complementariedad de Watson-Crick permite comportamiento molecular predecible.

Una gran variedad de circuitos de ADN han sido construidas con deoxyribozymes o con la ayuda de enzimas de restricción. Más recientemente, la introducción de punto de apoyo mediada cadena de ADN desplazamiento, como un principio para el control de la...