Computação baseada em DNA

Apresentação em tema: "Computação baseada em DNA"— Transcrição da apresentação:

1 Computação baseada em DNA
INFORMÁTICA E SOCIEDADE Prof. José Monserrat Anderson de Rezende Rocha Adriano Arlei de Carvalho Antonio Galvão de Rezende Júlio César Alves {undersun, arlei, galvao,

2 Roteiro A evolução da computação; O DNA A computação baseada em DNA
A história; A computação baseada em DNA Como tudo começou; Vantagens; Desvantagens; Resolvendo o problema do caixeiro-viajante; Considerações finais.

3 A evolução da computação
Revolução desde o ENIAC; Substituição da válvula pelo transistor; Primeiro circuito-integrado; Computação paralela; Lei de Moore; Limitações dos chips de silício; O novo paradigma da computação por DNA;

4 O DNA (i) Watson e Crick 50 anos atrás;
O alfabeto genético é o mesmo para a bactéria, a formiga, o homem, o elefante, o arroz, o feijão e as árvores; Jogue alguns As para lá, outros Ts para cá, corte alguns milhões de pares de bases e, ao invés de um homem, você tem um camundongo; ao invés de capim, uma sequóia gigante.

5 O DNA (ii) As bases Adenina (A), Timina (T), Guanina (G), Citosina (C). Podem ser combinadas entre si, em grupos de três. Cada combinação determina o código para um aminoácido. Estes formam as proteínas dos seres vivos.

6 História do DNA (i) 1944 Demonstração do DNA como material genético; 1953 A descoberta; 1957 DNAs são capazes de se auto-replicar; 1963 Descoberta das base do DNA (A, G, T, C); 1977 Invenção de técnicas para ler informações no DNA;

7 História do DNA (ii) 1978 Cientistas clonam um gene para produção de insulina humana; 1982 Primeiro animal por manipulação genética (um rato gigante); 1984 Técnica para identificação de pessoas através do DNA; 1987 Eva mitocondrial;

8 História do DNA (iii) 1990 Começa o projeto Genoma Humano; 1991 Primeiro touro transgênico do mundo; 1993 Embriões humanos in-vitro; 2000 Anunciado o primeiro rascunho do genoma humano; 2003 Término do projeto Genoma Humano;

9 Computação por DNA, o começo
Leonard Adleman em 1993, a inspiração Percebeu a similaridade entre DNA e os computadores; Armazenamento de informações semelhante aos computadores; DNA Computadores A ( adenina ) T ( timina ) e 1 G ( guanina ) C ( citosina ),

10 Como tudo começou... (ii) Seis meses depois, desenho para o primeiro computador molecular; Leonard Adleman em 1994 Biologia molecular para resolver problemas matemáticos; Resolução do problema do caixeiro-viajante;

11 Como tudo começou... (iii)
Importância do trabalho de Adleman ilustra a possibilidade de usar DNA para resolver uma classe de problemas intratáveis; é um exemplo de computação em nível molecular; demonstra o aspecto único do DNA como uma estrutura de dados; demonstra que a computação com DNA pode trabalhar em uma abordagem massivamente paralela; faz a sociedade repensar as maneiras clássicas de computação.

12 Como tudo começou... (iv) Instituto Weizmann de Ciência em Rehovot, Israel, pesquisador Ehud Shapiro; Transformação, DNA  máquina de Turing 2001, produção do 1º computador-DNA sem interferência humana na manipulação das reações; Fita de entrada, filamentos de DNA; Duas das quatros letras, A, T, G, C, para representar 0 e 1; Duas enzimas representando o hardware do computador; 2002, computador auto-sustentável;

13 Vantagens Chips seriam minúsculos;
Capacidade de armazenamento potencialmente vasta; Um grama de DNA  1 milhão de CDs; Possibilidade de fazer grande quantidade de cálculos paralelos; São auto-sustentáveis.

14 Desvantagens Nenhum computador de DNA exibe seus resultados em um monitor convencional; Um segundo para realizar os cálculos, e uma semana para decifrar os resultados.

15 Problema do caixeiro-viajante

16 A solução... (i) Vamos resolvê-lo em 4 passos:
gerar todas as rotas possíveis; selecionar os itinerários que tenham a cidade de início e fim adequadas; selecionar os itinerários com o correto número de cidades; selecionar os itinerários que contenham cada cidade apenas uma vez.

17 1 – Gerar todas as rotas possíveis
Estratégia: codificar os nomes das cidades em pequenas seqüências de DNA. Codifique os itinerários através da conexão das seqüências das cidades para as quais existem rotas.

18 1 – Gerar todas as rotas possíveis
Ingaí  GCTACG Lavras  CTAGTA Luminárias  TCGTAC Macaia  CTACGG Ijací  ATGCCG

19 1 – Gerar todas as rotas possíveis

20 1 – Gerar todas as rotas possíveis

21 2 – Itinerários que tenham a início e fim adequados
Estratégia: seletivamente copiar e amplificar apenas seções do DNA que comecem com Ingaí e terminem com Ijací usando reação em cadeia de polimerase.

22 3 – Selecionar os itinerários com o correto número de cidades
Estratégia: ordenar o DNA pelo tamanho da seqüência e selecionar os tamanhos correspondentes a 5 cidades usando gel eletroforético.

23 3 – Selecionar os itinerários com o correto número de cidades

24 4 – Itinerários que tenham o completo conjunto de cidades
Estratégia: Sucessivamente filtrar as moléculas de DNA por cidade, uma de cada vez. Desde que o DNA que nós deixamos no tubo de ensaio é de tamanho 5 nós iremos codificar cada cidade uma vez.

25 4 – Itinerários que tenham o completo conjunto de cidades

26 Considerações finais Irá o computador de DNA resolver o problema do caixeiro-viajante com um número de cidades maior que os computadores tradicionais? (15.000) Médicos celulares? Teremos que alimentar nossos computadores?