p Os seres vivos usam o DNA para armazenar a informação genética que torna cada planta, bactéria, e o ser humano é único. A reprodução desta informação é possível porque os nucleotídeos do DNA - A's e T's, G's e C's - se encaixam perfeitamente, como combinar peças de um quebra-cabeça. Os engenheiros podem aproveitar a combinação entre longas fitas de nucleotídeos de DNA para usar o DNA como uma espécie de origami molecular, dobrando-o em tudo, desde arte em nanoescala de rostos sorridentes a dispositivos sérios de administração de medicamentos. p Paul Rothemund discute o potencial de tais técnicas. Rothemund é professor pesquisador de bioengenharia, computação e ciências matemáticas, e computação e sistemas neurais na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas da Caltech.

p O que você faz?

p Eu uso DNA e RNA como materiais de construção para criar formas e padrões com uma resolução de apenas alguns nanômetros. As menores características nas estruturas de DNA que fazemos são cerca de 20, 000 vezes menor do que os pixels nas telas de computador mais sofisticadas, cada um com cerca de 80 mícrons de diâmetro. Uma grande parte do nosso trabalho nos últimos 20 anos foi apenas descobrir como fazer com que os filamentos de DNA ou RNA se dobrassem na forma desejada, projetada por computador. Já que dominamos a capacidade de fazer qualquer forma ou padrão que desejamos, passamos a usar essas formas como "pegboards" para organizar outros objetos de tamanho nano, tais como enzimas proteicas, transistores de nanotubos de carbono, e moléculas fluorescentes.

p Por que isso é importante?

p Cada tarefa em seu corpo, desde digerir alimentos a mover seus músculos e sentir a luz, é alimentado por minúsculas máquinas biológicas em escala nanométrica, tudo construído de "baixo para cima" por meio do auto-dobramento de moléculas como proteínas e RNAs. Os bilhões de transistores que compõem os chips em nossos telefones celulares e computadores têm dezenas de nanômetros de tamanho, mas são construídos de forma "de cima para baixo", usando processos sofisticados de impressão em fábricas de bilhões de dólares. Nosso objetivo é aprender como construir dispositivos artificiais complexos da mesma forma que a biologia constrói os naturais, ou seja, começando a partir de moléculas autodobráveis ​​que se agrupam em estruturas maiores e mais complexas. Além de dispositivos muito mais baratos, isso habilitará aplicativos completamente novos, como máquinas moleculares feitas pelo homem que podem tomar decisões terapêuticas complexas e aplicar drogas apenas quando necessário.

p Como você entrou nessa linha de trabalho?

p Como estudante de graduação na Caltech, Tive grande dificuldade em decidir como combinar meus diversos interesses em ciência da computação, química, e biologia. Felizmente, o falecido Jan L. A. van de Snepscheut apresentou a sua turma de ciência da computação a ideia hipotética de construir uma máquina de Turing de DNA - uma máquina muito simples que pode, no entanto, executar todos os programas de computador possíveis. Ele nos desafiou, sugerindo que alguém que conhecesse tanto bioquímica quanto ciência da computação pudesse encontrar uma maneira concreta de construir esse computador de DNA. Para uma aula de projeto de teoria da informação com Yaser Abu-Mostafa, professor de engenharia elétrica e ciência da computação, Eu vim com um bastante ineficiente, ainda possível, maneira de fazer isso. No momento, Não consegui interessar nenhum professor do Caltech em construir meu computador de DNA, mas logo depois, O professor Len Adleman da USC publicou um artigo sobre um computador de DNA mais prático em Ciência . Entrei no laboratório de Adleman na USC como aluno de pós-graduação, e venho tentando usar o DNA para construir computadores ou outros dispositivos complexos desde então. Voltei para a Caltech como pós-doutorado em 2001 e me tornei professor pesquisador em 2008.