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DNA chip

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Chip de DNA?

Introdução

Mesmo enquanto você lê este artigo, fabricantes de microprocessadores estão numa corrida desesperada para construir o próximo microprocessador que superará a velocidade máxima alcançada. Cedo ou tarde, no entanto, essa competição está fadada a chegar ao limite. Os microprocessadores feitos de silício finalmente alcançarão seus limites de velocidade de processamento e de miniaturização. Os fabricantes de chips precisam de um novo material para conseguir velocidades maiores de processamento.

Você não acredita onde os cientistas encontraram esse novo material. Milhões de supercomputadores naturais existem dentro de organismos vivos, incluindo o seu corpo. Moléculas de DNA (ácido desoxirribonucléico), material de que são constituídos os nossos genes, têm a capacidade de executar cálculos muitas vezes mais rápidos do que o mais poderoso computador construído pelo homem até hoje. O DNA poderá um dia integrar-se a um chip de computador para criar o assim chamado biochip, que impulsionará computadores ainda mais rápidos. As moléculas de DNA já estão preparadas para executar problemas matemáticos complexos.

Embora ainda em seus primórdios, os computadores de DNA serão capazes de armazenar bilhões de dados a mais do que os computadores pessoais. Neste artigo, aprenderemos como os cientistas estão usando material genético para criar nanocomputadores, que poderão tomar o lugar dos computadores à base de silício na próxima década.

Uma tecnologia nascente

Computadores de DNA ainda não são encontrados em lojas de componentes eletrônicos. Essa tecnologia ainda está em desenvolvimento e não existia nem como conceito há pouco tempo. Em 1994, Leonard Adleman introduziu a idéia de usar o DNA para resolver problemas matemáticos complexos. Adleman, um cientista da computação da Universidade do Sul da Califórnia (em inglês), chegou à conclusão de que o DNA tinha potencial computacional depois de ler o livro “Biologia Molecular do Gene”, escrito por James Watson, um dos descobridores da estrutura do DNA em 1953. De fato, o DNA é muito semelhante a um disco rígido de computador na maneira como armazena informações permanentes de seus genes.

Adleman é freqüentemente chamado de inventor dos computadores de DNA. Seu artigo de 1994 num exemplar da revista Science (em inglês) esboçou como usar o DNA para resolver um famoso problema matemático, chamado problema do caminho Hamiltoniano, também conhecido como problema do “caixeiro viajante”. A meta do problema é encontrar a rota mais curta entre um número de cidades, passando por cada uma delas somente uma vez. Quanto mais cidades se acrescenta ao problema, mais difícil ele se torna. Adleman escolheu encontrar a rota mais curta entre sete cidades.

Provavelmente, você poderia esboçar este problema no papel e chegar à solução mais rápido do que fez Adleman usando seu computador de DNA de proveta. Eis os passos realizados por Adleman em seu experimento do computador de DNA:os filamentos de DNA representam as sete cidades. Nos genes, os códigos genéticos são representados pelas letras A, T, C e G. Algumas seqüências destas quatro letras representam cada cidade e os possíveis percursos; essas moléculas são misturadas em um tubo de ensaio, com alguns dos filamentos de DNA fixados juntos. Uma cadeia destes filamentos representa uma possível resposta; em poucos segundos, todas as possibilidades de combinação dos filamentos de DNA que representam respostas são criadas no tubo de ensaio; Adleman elimina as moléculas incorretas através de reações químicas, deixando somente as possibilidades de conexões entre as sete cidades.

O sucesso do computador de DNA de Adleman prova que o DNA pode ser usado para executar problemas matemáticos complexos. Entretanto, esse primitivo computador de DNA está longe de desafiar os computadores de silício em termos de velocidade. O computador de DNA de Adleman criou um conjunto de possíveis respostas rapidamente, mas Adleman levou dias para reduzir as possibilidades. Outra desvantagem de seu computador de DNA é que ele requer assistência humana. A meta da área de computadores de DNA é criar um dispositivo que possa trabalhar independente do envolvimento humano.

Três anos após o experimento de Adleman, pesquisadores da Universidade de Rochester (em inglês) desenvolveram portas lógicas de DNA. Portas lógicas são parte vital para que os computadores cumpram as funções que pedimos. Estas portas convertem códigos binários que circulam pelo computador em uma série de sinais que ele utiliza pra executar as operações. Hoje as portas lógicas recebem sinais do transistor de silício, convertendo-os em sinais de saída que permitem ao computador executar funções complexas.

As portas lógicas de DNA da equipe de Rochester são o primeiro passo em direção à criação de um computador que tenha uma estrutura semelhante ao de um PC. Em vez de usarem sinais eletrônicos para executar operações lógicas, estas portas lógicas de DNA contam com o código genético. Eles detectam fragmetos de material genético como entrada, unem estes fragmentos e formam uma única saída. Por exemplo, uma porta genética chamada de “porta And” une duas entradas de DNA, amarrando-as quimicamente de modo que fiquem ligadas por uma estrutura ponto a ponto, semelhante ao modo como dois Legos podem ser presos por um terceiro Lego entre eles. Os pesquisadores acreditam que estas portas lógicas podem ser combinadas com microchips de DNA para criar uma ruptura na computação de DNA.

Componentes de computadores de DNA, como as portas lógicas e os biochips, levarão anos para evoluir para um computador de DNA prático e utilizável. Se um computador como esse for construído, os cientistas dizem que ele será mais compacto, preciso e eficiente que os computadores convencionais. Na próxima seção saberemos como um computador de DNA pode sobrepujar seus predecessores à base de silício e quais tarefas estes computadores poderão executar.

 

Um sucessor para o silício

Microprocessadores de silício têm 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 microprocessadors 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 enquando 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 1 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 aéreas 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.

 

Interessou? Conheça mais sobre essa tecnologia nos vídeos abaixo:

 

Fonte: UOL Tecnologia.

Bruno A. Martinez é advogado, bancário e criador do Showmetech. E sim, todo mundo pergunta por que ele não estudou algum curso relacionado com tecnologia.

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