Biocomputação: Equipes partem rumo à computação de base biológica

biocom topo08/08/2018 - A Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF) anunciou que irá financiar oito equipes de diversas instituições com o objetivo de criar semicondutores e sistemas de computação e armazenamento de dados de base biológica. O objetivo é criar plataformas que integrem a biologia sintética à tecnologia dos semicondutores. Em outras palavras, fundir biologia e engenharia elétrica para construir novos tipos de memória eletrônica baseados em DNA e outras moléculas orgânicas.

Segundo a NSF, esses sistemas de armazenamento de informações futurísticos estarão na interseção da biologia, física, química, ciência da computação, ciência e engenharia de materiais.

"Embora os recursos atuais [de armazenamento de dados] tenham melhorado drasticamente nas últimas décadas, materiais como o silício têm restrições físicas que parecem limitar a computação em escalas muito pequenas. Materiais e designs baseados na biologia sugerem possibilidades intrigantes para superar esses obstáculos - com menor custo de energia," disse Dawn Tilbury, da agência de financiamento. As estimativas são de que as estruturas biológicas integradas com a tecnologia de semicondutores possam armazenar 1.000 vezes mais dados do que as tecnologias atuais, e retê-los por mais de um século, consumindo muito menos energia.

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Biocomputação: ROM de DNA, rede neural viva e muito mais. A biocomputação também permitirá melhores interfaces entre o humano e o eletrônico.

ROM de DNA

O esforço da NSF pode ser uma resposta a uma iniciativa europeia, lançada no ano passado, que lançou as bases para a construção do primeiro biocomputador. É certo que o armazenamento de dados em DNA detém o recorde de densidade há algum tempo, mas o ser humano médio armazena 40 exabytes - 40 milhões de terabytes - de informações em seu DNA, e moléculas de DNA podem permanecer estáveis por milhares de anos, mostrando que há muito espaço para melhorias para os sistemas sintéticos.

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O projeto da ROM de DNA pretende gravar em moléculas de DNA dados que possam ser lidos eletronicamente.

É por isso que uma das equipes pretende construir uma ROM - uma memória somente leitura, que não perde dados na ausência de energia - usando não as bases químicas do DNA, mas as propriedades elétricas das moléculas de DNA. Diferentes moléculas de DNA têm diferentes condutâncias elétricas e essas propriedades - em vez do próprio código da letra do DNA - podem representar os zeros e uns da informação digital.

Além disso, os estudos mais recentes têm demonstrado que o processamento de informações é uma parte crítica de como os sistemas biológicos funcionam, o que deu força ao emergente campo da biocomputação. Os projetos que estão recebendo financiamento incluem o armazenamento de dados usando DNA, uma memória de ácidos nucleicos, uma rede neural implementada em levedura, a automatização do projeto de circuitos genéticos, componentes bioeletrônicos e novos métodos para comunicação molecular.

 

Biocomputação a caminho dos nanorrobôs médicos

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As pequenas esferas externas são usadas como componentes ativos para a biocomputação.

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2014 - Pesquisadores russos descobriram uma forma de utilizar partículas em escalas micro e nano para executar cálculos lógicos. Segundo eles, este é um passo importante rumo à criação de nanorrobôs para uso na medicina. Da mesma forma que a computação eletrônica produz sinais na forma de uma corrente elétrica - ligada é 1, desligada é 0 - a biocomputação fornece seus resultados na forma de uma determinada substância - um medicamento, por exemplo. Muitos cientistas acreditam que executar operações lógicas dentro das células, criando sistemas biomoleculares artificiais, é uma forma viável de controlar os processos biológicos. E um passo importante para a criação de nanorrobôs que possam, por exemplo, liberar medicamentos onde eles são necessários, ou iniciar o processo de morte celular programada (apoptose) em células de câncer.

Biocomputação extracelular

Maxim Nikitin, do Instituto de Física de Moscou, afirma que, embora já existam várias plataformas experimentais de biocomputação celular, fazer cálculos fora das células é muito mais difícil, mas muito mais versátil para a nanorrobótica médica. Por isso ele se concentrou na biocomputação extracelular, criando nanopartículas recobertas com camadas especiais que se desintegram quando entram em contato com diferentes combinações de "sinais" - onde sinais diferentes são representados por substância diferentes.

Nikitin demonstrou experimentalmente todas as operações lógicas, usando-as inclusive para controlar o comportamento das nanopartículas. Por exemplo, para implementar uma porta lógica "AND", ele criou uma nanopartícula esférica revestida com uma camada de moléculas que funcionam como uma população de esferas de menor diâmetro em torno dela. As moléculas que seguram a casca externa podem ser de dois tipos, cada um reagindo apenas a uma determinada substância. Quando entra em contato com duas substâncias diferentes, as pequenas esferas separam-se da superfície, expondo a parte interior da partícula, que pode então interagir com o seu alvo. Assim, a equipe obteve um sinal específico em resposta à combinação de dois sinais.

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Os pesquisadores demonstraram experimentalmente todas as operações lógicas.

Biotransistores

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Um dos destaques desta nova plataforma é que ela dispensa as moléculas de DNA e RNA tradicionalmente usadas em biocomputação. Embora tenham levado a resultados animadores, essas moléculas naturais têm uma região ativa muito pequena, que responde apenas a uma quantidade pequena de outras moléculas. Nikitin destaca que, embora as portas lógicas estejam prontas, este é apenas um pequeno passo rumo aos sonhados nanorrobôs médicos, e que ele espera dar outros passos criando os primeiros diodos e transistores biomoleculares, que possam impulsionar de vez o campo da computação biológica.

Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br

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