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INTRODUÇÃO.
Na corrida dos fabricantes de microprocessadores por uma tecnologia que tenta superar a velocidade máxima alcançada , não seria nenhuma novidade se logo os recursos do silício se esgotassem, sendo assim torna-se imprescindível o trabalho com uma tecnologia alternativa, dessa forma, protelando o fim desta busca por novas tecnologias, e por resultados cada vez melhores. Nos dias de hoje, sabemos que a matéria base para a construção de microprocessadores é o silício, material esse que está com seus dias contados no quesito construção de semicondutores, pois sabemos que seus recursos estão prestes a se esgotar.
Mas, qual seria a matéria prima que poderia substituir um produto tão usado como o silício? A resposta vem de onde menos poderíamos esperar do DNA.
É natural que com essa noticia muitas outras dúvidas tendem a aparecer, por exemplos, como surgiu essa tecnologia, como será empregada e até mesmo quem poderá desfrutar dessa tecnologia.
Nesta pesquisa serão aprestadas algumas respostas, que tentará mostrar que tipo de tecnologia a sociedade pode esperar do DNA na construção de microcomputadores.
1- COMO SURGIU.
Segundo o site www.estadao.com.br esse trabalho teve inicio no ano de 1993, por um pesquisador dos EUA por nome de Leonard Adleman da Universidade da Califórnia, segundo pesquisas isso se deu depois do pesquisador ler um livro chamado “ Biologia Molecular do Gene ” de James Watson. Inspirado por esse livro que fora lido no natal de 1993, seis meses depois Leonard já tinha em mãos, o que seria o desenho do primeiro computador molecular.
Em 1994, o pesquisador apresentou um trabalho publicado na revista sciense, de como poderíamos usar as técnicas comum da biologia Molecular para resolver problemas matemáticos. A idéia principal desse trabalho trata algumas características do DNA, bem como a capacidade de armazenar e codificar informações,
Informações essas, que podem ser manipuladas com certa facilidade pela engenharia genética.
Outro fato bastante interessante na apresentação desta tecnologia, foi à resolução de um problema bastante famoso o “emphcaminho hamiltoniano”, ou como é mais popularmente conhecido o problema do CAIXEIRO VIAJANTE que será explicado adiante no texto.
2 - SOLUÇÃO DO PROBLEMA “ CAIXEIRO VIAJANTE”.
O itinerário inteiro pode ser codificado através da ligação entre essas seqüências de
DNA. Por exemplo, a rota Ingaí! Lavras_!_ Luminárias_!_ Macaia_!_ Ijací seria:
R = GCTACGCTAGTATCGTACCTACGGATGCCG
ou de forma equivalente, poderíamos ter o complemento dessa seqüência:
R0 = CGATGCGATCATAGCATGGATGCCTACGGC****.
No entanto, como gerar isso? A síntese de pequenas seqüências de DNA já é um processo de rotina, deste modo, para codificar os nomes das cidades não teríamos maiores problemas. As moléculas podem ser feitas através de um sintetizador de DNA. Para codificar os itinerários podemos tirar proveito do fato de o DNA ser híbrido. Isto é, podemos trabalhar, também, com seu complemento natural. Por exemplo, podemos codificar as rotas entre as cidades pegando a segunda metade da seqüência da cidade de origem e a primeira metade da seqüência da cidade de destino.
Deste modo, o itinerário Ingaí! Lavras seria codificado como ACGCTA, sendo ACG a segunda metade da seqüência de Ingaí e CTA a primeira metade da seqüência de Lavras. Ao pegarmos o complemento da seqüência ACGCTA obtemos TGCGAT. Isto é útil porque a seqüência obtida representa unicamente o itinerário Ingaí! Lavras além de ser capaz de conectar as duas cidades Itinerárias randômicos podem ser feitos pela mistura das codificações das cidades com as codificações das rotas. Finalmente, os filamentos do DNA podem ser ligados através de uma enzima chamada legasse. Com tudo isso que fizemos, conseguimos o conjunto de rotas possíveis para o nosso problema.
2.3 - Selecionar os itinerários que começam e terminam com as cidades corretas
Estratégia : seletivamente copiar e amplificar apenas seções do DNA que comecem com Ingaí e terminem com Ijací usando reação em cadeia de polímerasse. Esta reação irá dobrar a quantidade de DNA contendo as seqüências desejadas. Algumas iterações da reação e teremos aumentado estes itinerários exponencialmente.
Neste ponto teremos um tubo de ensaio com seqüências de vários tamanhos, todas começando com Ingaí e terminando com Ijací.
2.4 - 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.
Para conseguir isto utilizaremos um gel eletroforético. Este é um procedimento comum para se “medir” o DNA. O princípio básico por trás do gel eletroforético é que ele pressiona o DNA numa matriz de gel utilizando um campo elétrico.
Na maioria das vezes, o DNA é uma negativamente carregada assim ele é atraído para potenciais elétricos positivos. Após este procedimento, teremos várias “bandas” de DNA dispostas em diversos tamanhos na matriz de gel. Como nós sabemos que nossas cidades têm seis pares de base e que queremos cinco cidades, escolhemos as bandas que têm tamanho 30.
2.5 - Selecionar os 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 cinco, nós iremos codificar cada cidade uma vez. O DNA contém uma seqüência específica que pode ser purificada através de uma amostra de DNA misturada por uma técnica chamada purificação de afinidade. Esta é acompanhada por uma bolha magnética.
A mistura e a bolha então são colocadas cinco vezes na solução. Uma vez para cada cidade e cada vez com o complemento de codificação de uma cidade.
Deste modo, ao final, se a resposta existe, ela terá sido achada. Para ler a resposta bastaria fazer um simples seqüênciamento genético da solução que restou no tubo de ensaio.
3 - IMPORTÂNCIA DO TRABRALHO DE LEONARD.
Na atual configuração fazemos uso das portas lógicas da seguinte maneira:
• Portas lógicas recebem sinais dos transistores;
• Convertendo-os em sinais de saída, que permitem ao computador executar funções
complexas. Também é sabido que o desenvolvimento das portas lógicas é o primeiro passo para o desenvolvimento de computadores com a estrutura próxima ao que já existente nos dias de hoje.
5 - UM SUCESSOR DO SILÍCIO. ( fonte: www.estadao.com.br)
Microprocessadores de silício tem sido a peça chave do mundo da computação por mais de 40 anos. Inicialmente, as indústrias colocavam mais e mais dispositivos em seus microprocessadores. De acordo com a Lei de Moore , o número de dispositivos eletrônicos empregados em um microprocessador tem dobrado a cada 18 meses. A Lei de Moore é assim chamada por causa do fundador da Intel, Gordon Moore, que previu, em 1965, que os microprocessadores dobrariam sua complexidade a cada dois anos. Muitos têm previsto que a Lei de Moore em breve alcançará seu fim devido às limitações de velocidade física e miniaturização dos microprocessadores de silício.
Os computadores de DNA têm o potencial para levar a computação a novos níveis, ganhando força enquanto a Lei de Moore vai desaparecendo. Há diversas vantagens em se usar DNA em vez de silício:
- Enquanto houver organismos celulares sempre haverá um suprimento de DNA;
- O amplo suprimento de DNA torna esse recurso barato;
- Diferentemente dos materiais tóxicos usados para construir um microprocessador tradicional, os biochips de DNA podem ser feitos de maneira limpa;
- Os computadores de DNA são muitas vezes menores que os computadores de hoje.
A maior vantagem do DNA é que ele tornará os computadores menores do que já são hoje, além de poderem ainda armazenar mais dados. Meio quilo de DNA possui a capacidade de armazenar mais informações do que todos os computadores jamais construídos , além do poder de cálculo de um computador do tamanho de uma lágrima usando as portas lógicas do DNA será mais poderoso do que o mais poderoso supercomputador do mundo. Mais de 10 trilhões de moléculas de DNA podem caber em uma área de até um centímetro cúbico. Com esta pequena quantidade de DNA, um computador será capaz de armazenar 10 terabytes de dados e executar 10 trilhões de cálculos de uma vez. Adicionando-se mais DNA, mais cálculos poderão ser executados.
Ao contrário dos computadores convencionais, os computadores de DNA executam cálculos em paralelo a outros cálculos. Computadores convencionais operam de forma linear , executando uma tarefa de cada vez. A computação paralela é que permite ao DNA resolver problemas matemáticos complexos em horas, considerando-se que os computadores eletrônicos podem levar centenas de anos para completá-los.
Os primeiros computadores de DNA serão incapazes de apresentar processamento de texto , correio eletrônico e programas isolados. Em vez disso, seu grande poder computacional será usado por governos para decifrar códigos secretos ou por Companhias Aérias que queiram mapear rotas mais eficientes. Estudar computadores de DNA também poderá nos conduzir a um melhor entendimento de um computador mais complexo: o cérebro humano.
aspectos lógicos do seu funcionamento (memória, estados e transições) e não à sua implementação física. Numa máquina de Turing pode-se modelar qualquer computador digital. ( Fonte wikipédia )
E tomando como modelo a máquina de Turing, os cientistas Israelitas conseguiram dar mais um passo, produzindo o computador DNA que é capaz de fenecer resultados sem que humanos necessitassem guiar suas reações moleculares.
7- VANTAGENS DO CHIP DE DNA.
No caso dos pesquisadores conseguirem atingir o nível esperado para o desenvolvimento do então chamados biochips , eles seriam excepcionalmente minúsculos. Cerca de um trilhão de computadores de DNA caberiam em uma única gota de água. Além disso, sua capacidade de.armazenamento é potencialmente vasta.
Uma única grama de DNA contém tanta informação quanto 1 milhão de CDs. Apenas 100 gramas de DNA serviriam para codificar todo o conhecimento escrito que o ser humano acumulou em toda a História, e ainda sobraria espaço.
A grande vantagem do “chip de DNA” seria a possibilidade de se fazer grande quantidade de cálculos paralelos executando o algoritmo (a manipulação do DNA
necessária) apenas uma ou algumas poucas vezes. Na computação paralela tradicional, são necessários tantos microprocessadores quanto sub-tarefas a serem realizadas. Na computação com DNA, um único tubo de ensaio pode, teoricamente, realizar trilhões de operações matemáticas simultaneamente.
Além disso, o DNA é capaz de concentrar informação em um espaço cerca de um trilhão de vezes menor do que um chip tradicional. Outra grande vantagem dos chips de DNA, é que eles geram a sua própria energia e com isso não seria necessária uma fonte de energia externa (Principio da Maquina de Turing). Isto representou uma notável melhora sobre o algoritmo em computadores convencionais, por exemplo, um problema 3-Sistema Aritmético Tradicional com 30 cláusulas e 50 variáveis podem ser resolvidos em 1, milhões de passos em computadores convencionais. Em um computador de DNA seriam necessários 91 passos.
8- DESVANTAGENS DO CHIP DE DNA.
Nenhum computador de DNA exibe seus resultados em um monitor convencional. Ao invés disso, os resultados devem ser conjecturados com o uso de um gel eletroforético, usado para criar o tipo de mapa preto-e-branco de DNA que é exibido por especialistas em julgamentos criminais. Para se ter uma idéia, seria necessário um segundo para realizar os cálculos, e uma semana para decifrar os resultados.
fascinante. Ela faz uso das propriedades codificantes do DNA (ácido desoxirribonucléico) para armazenar e processar dados, exatamente como faz um computador.
A molécula de DNA, cuja estrutura foi identificada há 51 anos, tem a forma de uma escada torcida. Cada degrau da escada tem duas "letras" químicas, de quatro possíveis: A, T, C e G (adenina, timina, citosina e guanina). Elas são complementares: um degrau que tenha um A só pode ser complementado por um T; o mesmo vale para C e G. Seqüências específicas dessas letras na fita do DNA compõem os genes --grosso modo, receitas para a síntese de proteínas, que por sua vez fazem todo o trabalho pesado dentro das células dos seres vivos.
Shapiro e seus colegas usam as mesmas ferramentas da natureza na fabricação desse sistema de replicação da receita dos seres vivos, mas com objetivos computacionais. E o sistema mais parece um sopão do que um computador: é uma mistura, em solução aquosa, que combina moléculas de DNA e certas enzimas. Essas substâncias, responsáveis pela tarefa de agilizar certas reações químicas, atuam picotando a fita do DNA nos pontos certos, de acordo com o que está "escrito" nela. Com isso, processa dados.
O mecanismo foi inspirado por um esquema desenvolvido nos anos 1930 por Alan Turing (criador da máquina de Turing), matemático britânico que é hoje tido como o pai da ciência da computação. O primeiro teste desse método foi feito três anos atrás, demonstrando a eficiência do DNA como molécula computacional.
Por outro lado, ficou claro que ele não superaria em velocidade os atuais computadores de silício. Ainda assim, vale a pena desenvolvê-los, pelo potencial de aplicações que eles oferecem. "Por limitações intrínsecas, a computação de DNA não deve ultrapassar a tecnologia do silício", afirma Shapiro em comunicado sobre a pesquisa. "Um paradigma alternativo, perseguido por nosso laboratório, propõe o uso de computadores moleculares para aplicações em que o processamento direto de informação biológica é exigido. Por exemplo, detecção "in situ" e análise de sinais moleculares em organismos vivos é impossível para computadores eletrônicos, pela insuperável incompatibilidade dos materiais envolvidos, enquanto computadores de DNA são construídos de materiais parecidos."
9.1- PULMÃO E PROSTÁTA.
Foi exatamente o que os pesquisadores acabaram de fazer. Programaram seu computador de DNA para detectar a presença de determinadas moléculas que sinalizam a superativação de genes normalmente ligada a tumores de pulmão e próstata.
Essas moléculas denunciadoras são do chamado mRNA, ou "RNA mensageiro", que serve para levar as receitas contidas no DNA do núcleo da célula até os ribossomos, onde as proteínas serão fabricadas. Ao detectar quantidades anormais desse mRNA delator, o computador produz como resposta uma pequena molécula de DNA cortada ao meio. Ela se encaixa de forma exata ao mRNA que está em excesso, impedindo-o de propiciar a produção da proteína ligada ao câncer.
Os pesquisadores fizeram tudo isso acontecer num tubo de ensaio. Foi a chamada prova de princípio do "médico molecular" --o computador não só faz o diagnóstico como já administra o remédio. "É a primeira demonstração efetiva de uma aplicação possível na vida real desse tipo de computador", afirma o grupo. Mas ainda há um longo e tortuoso caminho até que os nanoengenhos possam sair por aí curando câncer e outras doenças.
Atualmente, a estrutura do computador de DNA é instável num organismo vivo, em que as condições são menos que ideais, e há um verdadeiro tumulto de proteínas e moléculas para todos os lados, realizando uma porção de funções diferentes ao mesmo tempo. "Alguns desses compostos podem apresentar um perigo significativo para os componentes de nosso computador, em sua forma atual, ou, inversamente, nosso computador poderia causar danos a esses componentes intracelulares", dizem os cientistas.
9.2- DÉCADAS DE PESQUISAS
"Em outras palavras, nosso protótipo vai exigir ajustes significativos antes que possa ser testado "in vivo". Pode levar décadas até que um computador molecular de diagnóstico completamente seguro, e que possa funcionar por longos períodos, seja produzido e aprovado para uso.
No momento, quanto menor for o chip, mais caro é o equipamento. Narayan disse que se o DNA origami cair em escala de produção, o processo se tornará muito mais barato, em uma escala de até 100 para 1.
Mas não vá se animando: a pesquisa ainda deve durar cerca de 10 anos até chegar, efetivamente, a linhas de produção.
CONCLUSÃO.
Sabendo dos caminhos que as tecnologias estão trilhando, e a necessidade de superação que acompanha o ser humano, para nós não é novidade nenhuma que os cientistas buscassem novos caminhos no quesito tecnologias de hardware.
Também fica claro para nós o tempo que uma tecnologia inovadora irá demorar em se sobressair de forma a superar e/ ou trabalhar em conjunto com os computadores atuais. Sabendo disso o que nos resta é torcer para que essas pesquisas sejam finalizadas e que os resultados sejam alcançados de formas satisfatórias.
Mas porque nos temos que ficar na torcida para esses pesquisadores? Porque existe a necessidade de novos conhecimentos, e como esses já estão sendo trabalhados em áreas que nos interessam como a saúde, então nos resta torcer pelo sucesso desse trabalho.
É claro que seria ótimo ter um supercomputador para usar em nossas casas, já pensou como seria interessante no quesito tamanho e portabilidade, e a velocidade como seria, tenho plena certeza, que seria uma coisa fantástica.
BIBLIOGRAFIA.
http://www.inovacaotecnologica.com.br
http://informatica.hsw.uol.com.br
http://www1.folha.uol.com.br
http://www.estadao.com.br
http://translate.google.com.br
www.engadget.com
www.olhardigital.com.br
