Por Ehud Shapiro e Yaakov Benenson

Cientistas exploram o poder de computação de moléculas biológicas e criam máquinas minúsculas capazes de falar diretamente com células vivas.

Quando o matemático britânico Alan Turing concebeu a noção de uma máquina de computação programável universal, a palavra “computador” tipicamente se referia não a um objeto, mas a seres humanos. Era 1936, e pessoas que tinham o trabalho de computar, em termos modernos, trituravam números. Turing projetou uma máquina capaz de realizar o trabalho deles – calcular qualquer problema computável – e armou o cenário para o estudo teórico da computação que permanece como base para a ciência da computação. Mas ele nunca especificou quais materiais deveriam ser usados para construí-la.

A máquina puramente conceitual de Turing não tinha fios elétricos, transistores ou portões lógicos. Na verdade, ele imaginava-a como uma pessoa com uma folha de papel infinitamente longa, um lápis e um simples manual de instruções. Seu computador incansável leria um símbolo, o modificaria e depois passaria para o símbolo seguinte, de acordo com regras programadas, e continuaria agindo assim até que nenhuma regra mais se aplicasse. Portanto, apesar de a maioria das pessoas só ter visto até hoje máquinas eletrônicas de metal, válvulas e peças de silício, essas não são a única forma possível que um computador pode assumir.

Também os organismos vivos realizam processos físicos complexos sob o comando de informações digitais. As reações bioquímicas e, em última análise, o funcionamento de um organismo inteiro são regidos por instruções armazenadas em seu genoma, codificado em seqüências de ácidos nucleicos. Quando o mecanismo das máquinas biomoleculares no interior das células que processam DNA e RNA é comparado à máquina de Turing, surgem semelhanças impressionantes: os dois sistemas processam informações armazenadas em uma seqüência de símbolos tomados de um alfabeto fixo, e ambos avançam passo a passo ao longo dessas seqüências, modificando ou acrescentando símbolos de acordo com um conjunto de regras.

Esses paralelos inspiraram a idéia de que moléculas biológicas poderiam, um dia, virar a matéria-prima de uma espécie nova de computador. Ele não necessariamente teria um desempenho maior nas tarefas tradicionais de computação – a velocidade de máquinas moleculares naturais, como o ribossomo, é de apenas centenas de operações por segundo, comparada aos bilhões de operações por segundo em alguns dispositivos eletrônicos. Mas as moléculas têm uma capacidade singular: falam a língua das células vivas.

A vantagem dos computadores constituídos de moléculas biológicas vem de seu potencial de funcionarem em um ambiente bioquímico (até mesmo dentro de um organismo vivo) e interagir com ele através de entradas e saídas em forma de outras moléculas biológicas. Um computador biomolecular poderia agir como um “médico” autônomo dentro de uma célula, por exemplo. Ele poderia perceber sinais do ambiente indicando doença, processá-los usando seu conhecimento médico pré-programado e gerar um sinal ou um remédio terapêutico como saída.

Nos últimos sete anos, temos trabalhado para concretizar essa promessa. Já conseguimos criar um autômato biológico, constituído de DNA e proteínas, capaz de diagnosticar num tubo de ensaio sintomas moleculares de certos tipos de câncer e “tratar” a doença com a liberação de uma molécula terapêutica. Essa prova de conceito foi empolgante, pelas possíveis aplicações médicas futuras e por diferir totalmente daquilo que tínhamos em mente originalmente.