Computação com DNA é feita dentro de células vivas

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Mensagem por Boss2K em Qui Jul 18, 2013 2:06 am

Computação com DNA é feita dentro de células vivas

Computação com DNA é feita dentro de células vivas
Os computadores de DNA poderão ser usados para a construção de circuitos sintéticos que possam fazer uma interface direta com os ambientes celulares.

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Computação de DNA

Em 2011, uma equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia usou moléculas de DNA para realizar cálculos computacionais.

Aquele foi um passo importante rumo à computação molecular, mas tudo era feito dentro de um tubo de ensaio.
Agora, James Hemphill e Alexander Deiters, da Universidade da Carolina do Norte, também nos Estados Unidos, fizeram cálculos computacionais usando DNA no interior de uma célula viva de um mamífero.
A chamada "computação de DNA" utiliza portas lógicas como módulos para fazer cálculos a partir de entradas (inputs) biológicas.

As moléculas de DNA são emparelhadas para formar portas lógicas, e esses circuitos modulares reconhecem os dados de entrada na forma de ácidos nucleicos, produzindo os resultados de forma controlada. Os dois pesquisadores combinaram diferentes fitas de DNA acionadas pela presença de dois micro-RNAs específicos, conhecidos como miRNA-21 e miRNA-122.

No protótipo, as portas lógicas de DNA executam o cálculo correto apenas quando os dois miRNAs estão presentes. Neste caso, o circuito libera uma molécula fluorescente, que pode ser detectada facilmente pelo microscópio.
Embora sejam tipicamente lentos, os computadores de DNA poderão ser usados para a construção de circuitos sintéticos que possam fazer uma interface direta com os ambientes celulares.

Computação biológica

A aplicação natural dessa computação biológica está no desenvolvimento de novos métodos de diagnóstico e tratamento de doenças.

Já se demonstrou, por exemplo, que a análise das combinações de cinco fatores moleculares pode levar à destruição de células cancerosas:

Computador biológico destrói células de câncer

O conceito é tão promissor que alguns cientistas já pensam em criar um sistema operacional para células.

A computação de DNA, contudo, até agora só havia sido demonstrada em tubos de ensaio.

"A molécula fluorescente que utilizamos em nossas portas lógicas pode ser útil como um marcador que identifica uma célula cancerosa. Ou, em vez de dirigir a porta para liberar uma molécula fluorescente na presença de determinados microRNAs, poderemos anexar agentes terapêuticos que sejam liberados para tratar a própria doença," disse Deiters.

Uma outra abordagem para a construção de computadores biológicos envolve a replicação dos componentes eletrônicos tradicionais usando moléculas, conforme foi recentemente demonstrado por pesquisadores da IBM.

Bibliografia:

DNA Computation in Mammalian Cells: MicroRNA Logic Operations
James Hemphill, Alexander Deiters
Journal of the American Chemical Society
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/ja404350s

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Mensagem por fheliojr em Qui Jul 18, 2013 3:30 pm

estas coisas me deixam muito empolgado, em vários aspectos, mas triste, por crer q eu não vá ser longevo o suficiente p/ vê-las implementadas.

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Mensagem por Ivanov_br em Qui Jul 18, 2013 6:29 pm

Lerei com mas calma depois, mas repito aqui o que sempre digo em aula: os computadores são binários (10000101010111001), já os organismos vivos são quaternarios (A,T,G e C). E não para por aí, existem infinitas formas de ler estas letrinhas, tornando a coisa bem mais complicada.
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Mensagem por Boss2K em Qui Jul 18, 2013 7:51 pm

^Mas aí você tá confundindo conjunto de instruções com armazenamento de informação ... Wink 

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Mensagem por jiroumaru em Qui Jul 18, 2013 9:07 pm

Boss2K escreveu:^Mas aí você tá confundindo conjunto de instruções com armazenamento de informação ... Wink 

Depende Boss. A lógica dos computadores também é binária. E se ao invés de transistores que só tivessem 2 valores lógicos (ligado, desligado, 0, 1) tivéssemos valores intermediários?
Há quem diga inclusive que a base ideal seria o número de Euler (2,718...), e portanto 3 sendo o inteiro mais próximo seria a melhor base para a computação.
Obviamente que grande parte do conhecimento advindo do uso da base binária teria que ser reescrita na nova base numérica, mas não é impossível. Só arrisco dizer que é economicamente pouco atrativo...
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Mensagem por Boss2K em Sex Jul 19, 2013 1:33 am

Vamos lá, sobre a afirmação do Ivan, me pareceu que ele quis dizer que a complexidade do DNA, seria bem maior em relação à lógica binária dos computadores, e portanto, olhando com algum ceticismo para a matéria de programação do DNA (me corrija por favor, Ivan).

Portanto, baseado nestas idéias, eu convido você jiroumaru e Ivan, a perder alguns poucos minutos lendo este artigo:

http://scienceblogs.com.br/synbiobrasil/2011/08/dna-em-codigo-de-barras/

e depois, me digam o que acharam, OK?

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Mensagem por Ivanov_br em Sex Jul 19, 2013 5:03 pm

Legal, mas achei complexo. =)
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Mensagem por Samu em Sex Jul 19, 2013 9:06 pm

Ivanov_br escreveu:Lerei com mas calma depois, mas repito aqui o que sempre digo em aula: os computadores são binários (10000101010111001), já os organismos vivos são quaternarios (A,T,G e C). E não para por aí, existem infinitas formas de ler estas letrinhas, tornando a coisa bem mais complicada.

Do ponto de vista da Teoria da Computação, usar um alfabeto binário ou quartenário é equivalente. Para a formalização através da máquina de Turing, qualquer alfabeto finito com pelo menos 2 símbolos tem a mesma expressividade. Os resultados de computabilidade e complexidade de computação continuam valendo independentemente disso.

Claro que programar efetivamente uma máquina passa a ser algo bem diferente; sem dúvida um sistema quartenário exige repensar muita coisa. Mas, de certa forma, parece-me um mundo bem mais familiar do que, por exemplo, a computação quântica, em que os bits têm sobreposição de estados.

No entanto, ainda não entendi muito bem o modelo de computação que está em jogo aqui. Pelo que entendi, as bases do DNA são apenas uma codificação da entrada, que o "circuito lógico" composto pelas moléculas de DNA é capaz de ler. Não está claro para mim, mas ao ler fiquei com a impressão de que a "saída" desse circuito é binária ('sim' ou 'não').
Se entendi certo, isso pode ser bastante útil caso "montar os circuitos" seja mais fácil do que ler as bases do DNA diretamente.

Darei uma olhada nesse artigo quando puder.
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Mensagem por jiroumaru em Sex Jul 19, 2013 10:29 pm

Boss2K escreveu:Vamos lá, sobre a afirmação do Ivan, me pareceu que ele quis dizer que a complexidade do DNA, seria bem maior em relação à lógica binária dos computadores, e portanto, olhando com algum ceticismo para a matéria de programação do DNA (me corrija por favor, Ivan).

Portanto, baseado nestas idéias, eu convido você jiroumaru e Ivan, a perder alguns poucos minutos lendo este artigo:

http://scienceblogs.com.br/synbiobrasil/2011/08/dna-em-codigo-de-barras/

e depois, me digam o que acharam, OK?

Boss, pelo o que eu entendi, neste caso o as bases do DNA estão sendo usadas como uma base para codificar uma informação qualquer. O cara até fez uma analogia com a tabela ASCII.
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