Tom Ran, Ehud Shapiro y Shai Kaplan publicaron en el año 2009 su investigación (Ran et al., 2009) sobre implementación molecular de programas capaces de realizar deducciones lógicas simples. Este modelo se basa en la codificación en cadenas lineales dobles y hairpins con extremos salientes, además de cadenas ssADN lineales.
Figura 8: Codificación utilizada en el modelo de Ran, Shapiro y Kaplan. Adaptado de Ranet al.
(2009).
En la Figura 8 se muestra la codificación utilizada: las proposiciones se codifican en una cadena doble con un extremo saliente que representa la proposición y en el otro extremo una molécula emisora de luz (fluoróforo) suprimida por una molécula que absorbe su ener- gía (quencher). La consulta se codifica en una cadena dsADN con un extremo saliente que representa la proposición que se desea consultar y un dominio de reconocimiento para la enzima FokI (coloreado en azúl). La estructura de la implicación está conformada por un extremo saliente que representa a P (antecedente), una cadena doble de ADN dentro de la cual se encuentra un dominio que es complementario a Q (consecuente) y que se encuentra unido a una estructura de lazo, la cual al unirse con una cadena auxiliar posee un dominio de reconocimiento para la enzima FokI (marcado en azúl).
La Figura 9 describe el proceso a través del cual se realiza la inferencia utilizando la enzima endonucleasaFokI. Las consultas cuentan con una parte del segmento que la enzima es capaz de detectar: si su extremo saliente es complementario al de una molécula de proposición, el área de detección es completada y la enzima corta la molécula, separando el flourósforo del quencher, lo que produce luminiscencia como resultado de la inferencia.
Figura 9: Resolución de la implicaciónP →Q. La estructura de la implicación se une a través de
su sticky end a la estructura de la consulta P?y atrae a la enzimaFokI a la zona de detección
marcada en azúl. La enzima libera la sección del lazo y el dominio complementario aQy ésta se hibrida con la cadena auxiliar produciendo la consultaQ?. La consulta generada se une a través de
su sticky end a la proposiciónQy atrae a la enzima FokI, la cual corta la cadena doble separando
Las implicaciones son generadas con moléculas de ADN en forma de lazo que poseen codificadas dos variables separadas por un segmento de nucleótidos, una variable se encuentra en el extremo de cadena sencilla y otra en el segmento hibridado. El proceso de inferencia se realiza al unirse una consulta con una molécula de implicación, se complementa el segmento de localización de la enzima y ésta corta la cadena dsADN liberando la variable y el ciclo del lazo. La molécula resultante hibrida con una de las cadenas auxiliares que se encuentran en la solución y se produce con ella una nueva molécula de consulta con la variable liberada en el extremo saliente.
Tras la presentación del modelo de Ran, otro trabajo publicó el bosquejo de un modelo para la generación de inferencias con moléculas de ADN y desplazamiento de cadenas para el modus tollens y modus ponens (Rodríguez-Patón et al., 2010). Posteriormente, en el año 2011 presentaron una extensión a este modelo en el cual aplican las nociones de su bosquejo (Rodríguez-Patónet al., 2011).
A diferencia del modelo de Ran, Shapiro y Kaplan, éste no requiere de enzimas de res- tricción, la codificación se realiza en forma normal conjuntiva, y se asigna una secuencia de nucleótidos a cada proposición por lo cual la negación de una variable equivale a la secuencia complementaria a su representación. La Figura 10 muestra la codificación utilizada.
Figura 10: Codificación en ADN de las cláusulas con sus regiones de apoyo. Por cada cláusula se
crea una secuencia ordenada, en la que se encuentran primero las cláusulas afirmadas en orden ascendente, seguidas de las cláusulas negadas de forma descendente. Cada cláusula tiene una cobertura complementaria con untoehold en el extremo 3’ en las proposiciones afirmadas y en el
A cada una de las proposiciones se les crea una secuencia de cobertura con un punto de apoyo (toehold) en el extremo 3’ cuando la secuencia es complementaria a una proposición afirmativa o en el extremo 5’ cuando la proposición es negada. Cada secuencia de cobertura posee un flourósforo para la detección de resultados.
La inferencia se realiza al combinar las soluciones que contienen todos los elementos. Como puede verse en la Figura 11, en una proposición afirmativa, la secuencia de cobertura alinea su extremo 5’ contraria al punto de apoyo con el extremo 3’ de la proposición, mientras que en una proposición negada la secuencia de apoyo alinea su extremo 3’ contrario al punto de apoyo con la región 3’ de la proposición. El resultado se puede obtener al examinar la estructura de la molécula resultante.
Figura 11: Resolución de las cláusulasA∨B y¬B∨C mediante la contradicción de la variable B. Las coberturas deB y¬B (¬BT0) se unen al ser complementarias, dejando al descubierto las
regiones que codificanB y¬B. Éstas se hibridan, produciendo la molécula que codifica la cláusula resultadoA∨C. Adaptado de Rodríguez-Patón et al.(2011).
Capítulo 6. Modelo de inferencia lógica propuesto
Como se menciona en el Capítulo 4, existen algunos modelos para la generación de infe- rencia lógica con técnicas de cómputo biomolecular, de los cuales dos son modelos autónomos. El primer modelo hace uso de enzimas y ha sido probado en laboratorio satisfactoriamente, el otro modelo utiliza desplazamiento de cadenas para llevar a cabo las operaciones con ADN y es completamente teórico. En este capítulo se presenta el diseño de las estructuras propuestas realizado con el lenguaje DSD, y posteriormente se simula utilizando la herramienta visual DSD de Microsoft. Por último, se muestran los resultados obtenidos utilizando el analizador de modelos probabilísticos PRISM.