Modelos de computación lógica con ADN

La computación molecular es una disciplina que se ocupa del diseño e implementación de dispositivos para el procesamiento de información sobre un sustrato biológico, como el ácido desoxirribonucleico (ADN), el ácido ribonucleico (ARN) o las proteínas. Desde que Watson y Crick descubrieron en los años cincuenta la estructura molecular del ADN en forma de doble hélice, se desencadenaron otros descubrimientos como las enzimas que cortan el ADN o la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), contribuyendo más que signi�cativamente a la irrupción de la tecnología del ADN recombinante. Gracias a esta tecnología y al descenso vertiginoso de los precios de secuenciación y síntesis del ADN, la computación biomolecular pudo abandonar su concepción puramente teórica. En 1994, Leonard Adleman logró resolver un problema de computación NP-completo (El Problema del Camino de Hamilton Dirigido) utilizando únicamente moléculas de ADN. La gran capacidad de procesamiento en paralelo ofrecida por las técnicas del ADN recombinante permitió a Adleman ser capaz de resolver dicho problema en tiempo polinómico, aunque a costa de un consumo exponencial de moléculas de ADN. Utilizando algoritmos similares al de �fuerza bruta� utilizado por Adleman se logró resolver otros problemas NP-completos (por ejemplo, el de Satisfacibilidad de Fórmulas Lógicas / SAT). Pronto se comprendió que la computación con biomolecular no podía competir en velocidad ni precisión con los ordenadores de silicio, por lo que su enfoque y objetivos se centraron en la resolución de problemas biológicos con aplicación biomédica, dejando de lado la resolución de problemas clásicos de computación. Desde entonces se han propuesto diversos modelos de dispositivos biomoleculares que, de forma autónoma (sin necesidad de un bio-ingeniero realizando operaciones de laboratorio), son capaces de procesar como entrada un sustrato biológico y proporcionar una salida también en formato biológico: procesadores que aprovechan la extensión de la Polimerasa, autómatas que funcionan con enzimas de restricción o con deoxiribozimas, circuitos de hibridación competitiva. Esta tesis presenta un conjunto de modelos de dispositivos de ácidos nucleicos escalables, sensibles al tiempo y energéticamente e�cientes, capaces de implementar diversas operaciones de computación lógica aprovechando el fenómeno de la hibridación competitiva del ADN. La capacidad implícita de estos dispositivos para aplicar reglas de inferencia como modus ponens, modus tollens, resolución o el silogismo hipotético tiene un gran potencial. Entre otras funciones, permiten representar implicaciones lógicas (o reglas del tipo SI/ENTONCES), como por ejemplo, �si se da el síntoma 1 y el síntoma 2, entonces estamos ante la enfermedad A�, o �si estamos ante la enfermedad B, entonces deben manifestarse los síntomas 2 y 3�. Utilizando estos módulos lógicos como bloques básicos de construcción, se pretende desarrollar sistemas in vitro basados en sensores de ADN, capaces de trabajar de manera conjunta para detectar un conjunto de síntomas de entrada y producir un diagnóstico de salida. La reciente publicación en la revista Science de un autómata biomolecular de diagnóstico, capaz de tratar las células cancerígenas sin afectar a las células sanas, es un buen ejemplo de la relevancia cientí�ca que este tipo de autómatas tienen en la actualidad. Además de las recién mencionadas aplicaciones en el diagnóstico in vitro, los modelos presentados también tienen utilidad en el diseño de biosensores inteligentes y la construcción de bases de datos con registros en formato biomolecular que faciliten el análisis genómico. El estudio sobre el estado de la cuestión en computación biomolecular que se presenta en esta tesis está basado en un artículo recientemente publicado en la revista Current Bioinformatics. Los nuevos dispositivos presentados en la tesis forman parte de una solicitud de patente de la que la UPM es titular, y han sido presentados en congresos internacionales como Unconventional Computation 2010 en Tokio o Synthetic Biology 2010 en París.

El Poblado Dirigido de Caño Roto: Dialéctica entre morfología urbana y tipología edificatoria

La tesis doctoral titulada “El Poblado Dirigido de Caño Roto. Dialéctica entre morfología urbana y tipología edificatoria” analiza el poblado de Caño Roto, un vecindario de vivienda social construido en Madrid entre 1957 y 1963, a partir de la relación entre la edificación y la forma urbana resultante. También, la investigación desarrolla un análisis historiográfico de la obra así como de las condiciones políticas, sociales, económicas y normativas existentes en el momento de su realización, para concluir con un estudio comparativo entre éste y otros proyectos análogos al poblado en aspectos como el marco temporal y geopolítico, los planteamientos urbanísticos y algunas soluciones tipológicas y constructivas. El trabajo pretende, por un lado, profundizar en el conocimiento que se tiene actualmente de esta obra, considerada por muchos como una de las más relevantes de la arquitectura española contemporánea, y, por otro, extraer a partir de su estudio, pautas, criterios y estrategias de diseño urbano que puedan ser extrapolables al proyecto contemporáneo; a fin de superar los actuales, pero obsoletos, modelos de desarrollo. No obstante, sabemos que cualquier respuesta que plantee una vuelta al pasado está condenada al fracaso. Las circunstancias cambian y, en consecuencia, las soluciones no pueden ser las mismas. Pero si las respuestas ya no nos sirven, las preguntas siguen siendo válidas. Quién es el protagonista del diseño urbano en Caño Roto. Cómo conviven el tráfico peatonal y el rodado. Cuál es la densidad del barrio. Cómo se articulan los usos residencial, comercial y dotacional. De qué manera se organiza el tejido urbano. Qué relación existe entre los tipos edificatorios y la morfología urbana resultante; y entre los espacios de uso privado o restringido y los de uso público. Partimos de la hipótesis de que los análisis, reflexiones y resultados derivados de interrogar al poblado de Caño Roto acerca de estas, y otras muchas, cuestiones nos permitirán alcanzar un entendimiento global de la complejidad urbana y nos revelarán, además, propuestas y soluciones que contribuyan a mejorar la calidad de nuestras ciudades; ahora y en adelante. ABSTRACT The thesis entitled “El Poblado Dirigido de Caño Roto. Dialéctica entre morfología urbana y tipología edificatoria” [Poblado Dirigido of Caño Roto. Dialectic between urban morphology and typology] analyzes Caño Roto, a social housing neighborhood built in Madrid between 1957 and 1963, from the relationship between buildings and the resulting urban form. Also, this research develops a historiographical analysis of this project as well as the social, political, financial and legislative conditions present at time of its construction. This thesis concludes with a comparative study with other similar projects in temporal and geopolitical framework, urban approaches and some typological and constructive solutions. The research aims, on the one hand, to expand the current knowledge about Caño Roto, considered by many as one of the most important project at Spanish contemporary architecture; and, on the other hand, deducing from the study guidelines, criteria and strategies of urban design which can be extrapolated to contemporary architecture and urbanism. This way, we will be able to overcome current, but obsolete development models. However, we know that any response that suggests coming back to the past is destined to failure. Circumstances change and, consequently, solutions cannot be the same. But if the answers do not serve, questions are still right. Who is the protagonist of Caño Roto urban design? How do pedestrian and road traffic coexist together? What is the neighborhood’s density? How are residential, commercial and endowment uses articulated? How is urban fabric organized? What is the relationship between building types and the resulting urban morphology; and between private and public spaces? We start from the hypothesis that analysis, reflections and results arising from questioning Caño Roto about these, and many others, issues will enable us to have a comprehensive understanding of urban complexity, and they will also reveal proposals and solutions which help us to improve the quality of our cities; from now on.