Al combinar la informática y la biología molecular, los investigadores han propuesto el concepto de una computadora biológica programable que navega por el cuerpo humano, diagnostica enfermedades y administra tratamientos, denominada " Doctor en una célula ".
El concepto fue presentado por primera vez en 1998 por Ehud Shapiro del Instituto Weizmann como un diseño conceptual para una máquina de Turing molecular autónoma y programable , realizada en ese momento como un dispositivo mecánico, y una visión de cómo tales máquinas pueden causar una revolución en la medicina. [1]
La visión sugería que las drogas inteligentes, hechas de dispositivos informáticos moleculares autónomos, programados con conocimiento médico, podrían suplantar a las drogas actuales mediante el análisis del estado molecular de su entorno (entrada) con base en el conocimiento médico programado (programa) y, si se considera necesario, liberar un molécula de fármaco en respuesta (salida). [2]
Para hacer realidad esta visión, Shapiro estableció un laboratorio húmedo en Weizmann y se le unió Kobi Benenson. En unos pocos años, Benenson, Shapiro y sus colegas dieron pasos pioneros hacia la realización de esta visión: (1) Una implementación molecular de un autómata autónomo programable en el que la entrada se codificó como una molécula de ADN , se codificó el " software " (reglas de transición del autómata). por moléculas cortas de ADN y el " hardware " estaba hecho de enzimas de procesamiento de ADN . [3] (2) Una implementación simplificada de un autómata en el que la molécula de entrada de ADN se utiliza como combustible [4] (3) Un autómata molecular estocásticoen el que las probabilidades de transición se pueden programar variando la concentración de moléculas de "software", específicamente las concentraciones relativas de moléculas que codifican reglas de transición en competencia. [5] Y (4) Extender el autómata estocástico con mecanismos de entrada y salida, lo que le permite interactuar con el entorno de una manera preprogramada y liberar una molécula de fármaco específica para el cáncer al detectar niveles de expresión de ARNm característicos de un cáncer específico. . [6] Estas computadoras biomoleculares se demostraron en un tubo de ensayo, en el que se premezclaron varios marcadores de cáncer para emular diferentes combinaciones de marcadores. Computadoras biomoleculares identificaron la presencia de cáncermarcadores (identificación simultánea e independiente de marcadores de cáncer de pulmón de células pequeñas y marcadores de cáncer de próstata ). La computadora, equipada con conocimientos médicos, analizó la situación, diagnosticó el tipo de cáncer y luego liberó el medicamento apropiado.
En 2009, Shapiro y el estudiante de doctorado Tom Ran presentaron el prototipo de un sistema molecular programable autónomo, basado en la manipulación de hebras de ADN , que es capaz de realizar deducciones lógicas simples . [7] Este prototipo es el primer lenguaje de programación simpleimplementado a escala molecular. Introducido en el cuerpo, este sistema tiene un inmenso potencial para apuntar con precisión a tipos de células específicas y administrar el tratamiento adecuado, ya que puede realizar millones de cálculos al mismo tiempo y "pensar" lógicamente. El equipo del profesor Shapiro tiene como objetivo hacer que estas computadoras realicen acciones altamente complejas y respondan preguntas complicadas, siguiendo un modelo lógico propuesto por primera vez por Aristóteles hace más de 2000 años. Las computadoras biomoleculares son extremadamente pequeñas: tres billones de computadoras pueden caber en una sola gota de agua. Si a las computadoras se les diera la regla 'Todos los hombres son mortales' y el hecho 'Sócrates es un hombre', responderían 'Sócrates es mortal'. El equipo probó múltiples reglas y hechos y las computadoras biomoleculares las respondieron correctamente cada vez.