¿Qué tan similar es la transcripción de ADN con ejecutar un programa en una máquina de Turing?
Materiales y Apuntes
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Aprendizaje Práctico
Gracias por hacerme la solicitud para responder tú pregunta, lamentablemente sé poco y nada al respecto.
A continuación escribiré algunos datos encontrados en internet de posible interés.
MÁQUINA DE TURING
Primero definir ¿qué es una máquina de Turing?:La máquina de Turing es una computadora reducida a lo esencial. Consiste en una cinta infinitamente larga, que pasa a través de un cabezal de lectura / escritura. La cabeza puede leer un símbolo almacenado en la cinta o escribir un símbolo en la cinta. En cualquier momento, la máquina se encuentra en un estado determinado y utiliza el símbolo que lee de la cinta y un conjunto de reglas internas (su "programa") para cambiar su estado.
HISTORIA DE LA COMPUTACIÓN BASADA EN EL ADN
En el libro Máquinas moleculares basadas en ADN, responden directamente tú pregunta. Allí aparece escrito que gracias al descubrimiento de Adelman en 1994 observó una enzima polimerasa durante el proceso de transcripción y le resultó muy similar al trabajo de una máquina de Turing. Al igual que dicha máquina la polimerasa va transcribiendo en una dirección determinada.
Aunque la técnica de Adleman es revolucionaria, resulta adecuada solo para algunos tipos limitados de problemas. Ahora hay un nuevo enfoque, iniciado por Ehuld Shapiro del Instituto de Ciencias Weizmann. Shapiro ha encontrado una manera de usar el ADN como una computadora de propósito general, adecuada para resolver cualquier tipo de problema.
La idea es usar ADN para operar como una "Máquina de Turing". La máquina de Shapiro existirá en un mar de moléculas orgánicas en un tubo de ensayo. La cinta estará hecha de un enorme polímero de moléculas conectadas, donde cada molécula individual representa un símbolo en la cinta.
Algunos avances realizados por Shapiro resaltan una máquina de computación molecular compuesta de enzimas y moléculas de ADN que podría realizar 330 billones de operaciones por segundo, más de 100.000 veces la velocidad del PC más rápido. El Libro Guiness de los Récords el ordenador reconoce como "el más pequeño dispositivo biológico" jamás construido.
CRN-TAM
Una investigación que leí menciona un modelo conocido como CRN-TAM (Modelo de ensamblaje de baldosas controlado por red de reacciones químicas). El cual puede realizar varias tareas relacionadas a la simulación de máquinas de Turing.
Antes de continuar debo señalar que es TAM.
TAM: responde a Tile Assembly Model o modelo de ensamblaje de baldosas es un paradigma matemático para el estudio y diseño algorítmico de sistemas de autoensamblaje de ADN.
MODELO DE ENSAMBLAJE DE BALDOSAS
Es un modelo propuesto por Wang. Se basa en un polígono (tromino) formado por tres cuadrados. Embaldosar una figura con trominos se refiere a un cubrimiento exacto de la figura con los trominos sin que ninguno de los trominos se traslape con otro o se extienda fuera de la figura.
En el siguiente video se explica de mejor manera.
¿De qué manera se relaciona el modelo de ensamblaje de baldosas y la hibridación del ADN?
Para responder usaré un ejemplo que me pareció bien explicado e ilustrativo.
En la figura hay 7 baldosas. La forma de ellas representa la información usada en el cómputo: los lados de arriba y de abajo codifican el valor del bit en el contador, mientras que los lados de la derecha y de la izquierda se usan para indicar si el bit debe o no cambiar su valor. La baldosa semilla S desata el cómputo y las 2 baldosas de acotamiento proveen las condiciones iniciales. Por último, las cuatro baldosas de regla, que representan la regla de cálculo, implementan la siguiente lógica: si el bit de la derecha no es de cambio, el bit mantiene su valor, si el bit de la derecha es de cambio, 0 cambia a 1, y 1 cambia a 0.
En el caso del ejemplo anterior la baldosa semilla se correspondería con la hebra parental que sirve de molde a la hebra complementaria. La mecánica entre el modelo matemático y el de la hibridación de hebras antiparalelas del ADN (citosina con guanina y timina con adenina) es similar. Eric Winfree fue el primero en aplicar los modelos computacionales a los mecanismos de hibridación del ADN. Él lo denominó “baldosas de ADN”
Una vez ya aclarado el problema de las baldosas puedo continuar con lo leído en la investigación.
En los análisis de complejidad temporal de los problemas de decisión en el CRN-TAM, muestran que los lenguajes decidibles por CRN-TAM pueden resolver tan bien como por las máquinas de Turing.
Argumentan que desde hace décadas se sabe que las enzimas actúan sobre los polímeros que llevan información y pueden en principio realizar cálculos Turing universales de manera eficiente.
Ellos probaron que en este modelo, la interacción entre las reacciones químicas y el autoensamblaje permite una computación mucho más eficiente (en términos de espacio utilizado) y construcción más eficiente (en términos del tamaño del programa y la escala de forma) que cualquiera de los modelos anteriores solo.
ALGUNAS DIFERENCIAS
Un sistema de computo con ADN no seria semejante a un computador convencional, estos representan información en términos de 0 y 1, físicamente expresado en términos del flujo de electrones por circuitos lógicos, mientras que los computadores de ADN representan información en términos de unidades químicas del ADN.
La computación actual se basa en programas que instruyen a circuitos eléctricos en senderos particulares; con un computador de ADN el cómputo requiere la síntesis de sucesiones particulares de ADN y permite reaccionar en un tubo de ensayo
VISIÓN FUTURO
La principal ventaja del ADN es que hará que las computadoras sean más pequeñas que cualquier computadora que haya llegado antes que ellas, y al mismo tiempo tendrá más datos. Una libra de ADN tiene la capacidad de almacenar más información que todas las computadoras electrónicas jamás construidas; y la potencia informática será más poderosa que la supercomputadora más poderosa del mundo. Más de 10 billones de moléculas de ADN pueden caber en un área no mayor a 1 centímetro cúbico (0.06 pulgadas cúbicas). Con esta pequeña cantidad de ADN, una computadora podría almacenar 10 terabytes de datos y realizar 10 billones de cálculos a la vez. Al agregar más ADN, se podrían realizar más cálculos.
Fuentes
http://docplayer.es/11734096-Modelos-de-computacion-logica-con-adn.html
http://www.rcim.sld.cu/revista_6/articulo_pdf/biocomputing.pdf
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