Computadoras bacterianas resuelven problemas matemáticos

Un equipo de científicos estadounidenses ha desarrollado una bacteria que puede resolver problemas matemáticos complejos, mucho más rápido que su contraparte de silicio. La investigación, publicada hoy en el Journal of Biological Engineering  (abstract y PDF provisorio), demuestra que la bacteria puede ser utilizada para resolver un problema conocido como el Problema del Camino Hamiltoniano, que es un caso especial del Problema del Viajante (“the travelling salesman problem”). Los investigadores dicen que esta prueba de concepto demuestra que la computación bacteriana es una nueva forma de resolver problemas NP-completos utilizando las ventajas inherentes de los sistemas genéticos.

Para entender el Problema del Camino Hamiltoniano, imagina que quieres pasar por las 10 principales ciudades de Argentina, comenzando por Buenos Aires (número 1) y terminando en Posadas (número 10). La solución al problema es la ruta más corta posible que puedas tomar.

Este simple problema es sorprendentemente difícil de resolver. Hay más de 3.5 millones de posibles rutas para elegir, y una computadora corriente debería probarlas una por una par encontrar la más corta.

Alternativamente, una computadora hecha de millones de bacterias puede evaluar todas las rutas posibles en forma simultánea. El mundo de la biología tiene también otras ventajas. A medida que pasa el tiempo, la computadora bacteriana incrementa su potencia pues las bacterias se reproducen.

Sin embargo, programar dicha computadora no es tarea sencilla. Los investigadores codificaron una versión simplificada del problema utilizando solamente tres ciudades, mediante la modificación del ADN de la bacteria Escherichia Coli. Las ciudades fueron representadas por una combinación de genes que produjeron que la bacteria brille en rojo o verde, y las posibles rutas entre las ciudades fueron exploradas ordenando en forma aleatoria el ADN. La bacteria que produjera la respuesta correcta brillaría en ambos colores, combinación que resulta en amarillo.

El experimento funcionó, y los científicos chequearon la respuesta de la bacteria amarilla examinando su secuencia de ADN. Introduciendo diferencias genéticas adicionales, como la resistencia a antibióticos particulares, el equipo cree que este método podrá ser expandido para resolver problemas que involucren más ciudades.

Este no es el único problema que las bacterias pueden resolver. La investigación se construyó sobre la base de un trabajo previo del mismo equipo, que el año pasado creó una computadora bacteriana para resolver el Problema del Panqueque Quemado. Este problema matemático de particular nombre, involucra un proceso de ordenamiento que puede ser visualizado como una pila de panqueques, todos quemados de un lado, que deben ser ordenados por tamaño.

Además, para probar la potencia de la computación bacteriana, el equipo también contribuyó significativamente en el campo de la biología sintética. Así como los circuitos electrónicos están hechos de transistores, diodos y otros dispositivos, también hay circuitos biológicos. Lo biólogos han trabajado en conjunto para crear un Registro de las partes biológicas estándar, y esta nueva investigación ha contribuido con más de 60 nuevos componentes a la lista.

Fuente: Science Blog – The Guardian