Un número aleatorio bioquímico

Los científicos han generado un enorme número aleatorio verdadero usando la síntesis de ADN: Es la primera vez que un número de esta magnitud se ha creado por medios bioquímicos.

23.11.2020 - Suiza

Se requieren números aleatorios verdaderos en campos tan diversos como las máquinas tragaperras y el cifrado de datos. Estos números tienen que ser verdaderamente aleatorios, de tal manera que ni siquiera puedan ser predichos por personas con un conocimiento detallado del método utilizado para generarlos.

Por regla general, se generan mediante métodos físicos. Por ejemplo, gracias a los mínimos movimientos de alta frecuencia de los electrones, la resistencia eléctrica de un cable no es constante sino que fluctúa ligeramente de forma impredecible. Esto significa que las mediciones de este ruido de fondo pueden utilizarse para generar números aleatorios reales.

Ahora, por primera vez, un equipo de investigación dirigido por Robert Grass, profesor del Instituto de Química y Bioingeniería, ha descrito un método no físico para generar tales números: uno que utiliza señales bioquímicas y que realmente funciona en la práctica. En el pasado, las ideas presentadas por otros científicos para generar números aleatorios por medios químicos tendían a ser en gran medida teóricas.

La síntesis de ADN con bloques de construcción aleatorios

Para este nuevo enfoque, los investigadores del ETH aplican la síntesis de las moléculas de ADN, un método de investigación química establecido que se ha empleado frecuentemente durante muchos años. Tradicionalmente se utiliza para producir una secuencia de ADN definida con precisión. En este caso, sin embargo, el equipo de investigación construyó moléculas de ADN con 64 posiciones de bloques de construcción, en las que una de las cuatro bases de ADN A, C, G y T se ubicó al azar en cada posición. Los científicos lograron esto utilizando una mezcla de los cuatro bloques de construcción, en lugar de sólo uno, en cada paso de la síntesis.

Como resultado, una síntesis relativamente simple produjo una combinación de aproximadamente tres cuatrillones de moléculas individuales. Posteriormente, los científicos utilizaron un método eficaz para determinar la secuencia de ADN de cinco millones de estas moléculas. Esto dio como resultado 12 megabytes de datos, que los investigadores almacenaron como ceros y unos en una computadora.

Enormes cantidades de aleatoriedad en un espacio pequeño

Sin embargo, un análisis mostró que la distribución de los cuatro bloques de construcción A, C, G y T no era completamente uniforme. Las complejidades de la naturaleza o el método de síntesis desplegado llevaron a que las bases G y T se integraran con mayor frecuencia en las moléculas que A y C. No obstante, los científicos pudieron corregir este sesgo con un simple algoritmo, generando así números aleatorios perfectos.

El principal objetivo del Profesor Grass de la ETH y su equipo era demostrar que las ocurrencias aleatorias en la reacción química pueden ser explotadas para generar números aleatorios perfectos. Traducir el hallazgo en una aplicación directa no fue una preocupación principal al principio. "Sin embargo, en comparación con otros métodos, el nuestro tiene la ventaja de poder generar enormes cantidades de aleatoriedad que pueden ser almacenadas en un espacio extremadamente pequeño, un solo tubo de ensayo", dice Grass. "Podemos leer en voz alta la información y reinterpretarla en forma digital en una fecha posterior. Esto es imposible con los métodos anteriores".

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Publicación original

Meiser LC, Koch J, Antkowiak PL, Stark WJ, Heckel R, Grass RN; "DNA synthesis for true random number generation"; Nature Communications; 18. November 2020

https://www.quimica.es/noticias/1168784/un-nnmero-aleatorio-bioquimico.html

Publicación original

Meiser LC, Koch J, Antkowiak PL, Stark WJ, Heckel R, Grass RN; "DNA synthesis for true random number generation"; Nature Communications; 18. November 2020

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