COMPUTACI

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COMPUTACIÓN CELULAR

• Bio-Informática (5ºI.I.)
• Curso 07-08
• Por Fº Javier Conejero Bañón

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Índice

• Introducción
• Historia
• Computación celular
• Desarrollo de computadores a nanoescala
• Evaluador lógico universal
• Similitudes con FPGAs
• Conclusión
• Bibliografia

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Introducción

• Computación
• El concepto "Computación" refiere al estudio
  científico que se desarrolla sobre sistemas
  automatizados de manejo de informaciones, lo cual
  se lleva a cabo a través de herramientas pensadas
  para tal propósito.
• Bio-Computación
• Desarrollo y utilización de sistemas
  computacionales basados en modelos y materiales
  biológicos (biochips, biosensores, computación
  basada en ADN, entre otros).

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Introducción

• La computación celular pretende la construcción
  de nanocomputadores, utilizando para ello células
  (en este caso células de mamíferos). Aprovechando
  los métodos de modificación de ADN que existen en
  la actualidad.

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Historia

• 1994 Leonard Aldeman inventa un computador ADN
  capaz de resolver problemas matemáticos básicos.
• 2003 Ehud Shapiro desarrolla un proceso por el
  cual las enzimas Fork-I y Ligasa cortan ADN en
  diferentes longitudes basado en la presencia de
  diferentes sustancias químicas.
• 2007 Yaakov Benenson y su equipo de trabajo
  desarrollan un sistema para construir evaluadores
  lógicos basados en RNAi universales que operan en
  células de mamíferos.

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Historia Previsiones Futuras
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Computación Celular

• Fundamentalmente, la computación con ADN pone
  de manifiesto que las células humanas y los
  computadores tienen la capacidad de almacenar y
  procesar la información de manera similar. Los
  computadores almacenan la información en series
  de unos y ceros, y el ADN lo hace en función de
  la colocación de sus bases (adenina, guanina,
  timina y citosina). Como se observa en la
  siguiente imagen

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Computación celular
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Computación celular

• Razones para su uso
• El ADN puede replicarse extremadamente rápido y
  eficientemente
• Capacidad inmensa de memoria, aproximadamente 100
  veces mayor que los computadores de hace dos
  décadas.
• Estos enormes almacenes de información se
  contienen en un volumen muy pequeño (15 mil
  trillones de computadoras en una cucharada).
• Magnifica habilidad para procesar varios cálculos
  paralelamente. (casi 109 cálculos por mL de ADN
  por segundo.

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Desarrollo de computadores a nanoescala

• Tipos de manipulaciones moleculares básicas para
  computación ADN
• Hibridación simple Es la forma básica de la
  actividad del ADN. Fusión de dos células de
  distinta estirpe para dar lugar a otra de
  características mixtas.
• Tratamiento enzimático Es la manera de operar
  con diferentes formas de ADN.

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Desarrollo de computadores a nanoescala

• Unidades básicas
• Unidad Adleman.
• Unidad Rothemund-Shapiro.
• Unidad Tiling.
• Unidad Ribozima.
• Unidad Paun.

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Evaluador lógico universal

• Un autómata molecular es un sistema molecular
  manipulado unido a un entorno (bio) molecular por
  el flujo de mensajes de entrada y las acciones
  de los mensajes de salida, donde los mensajes de
  entrada son procesados por un conjunto de
  elementos intermedio, esto es, un computador.

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Evaluador lógico universal

• Primera aproximación
• Consistente en ser muy estricto con los módulos
  básicos, e interconectándolos de manera menos
  estricta.

TRUE
SALIDA TRUE GLOBAL
FALSE
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Evaluador lógico universal

• Construcción de una puerta OR

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Evaluador lógico universal

• Construcción de una puerta AND

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Evaluador lógico universal

• Construcción de una puerta NOT

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Evaluador lógico universal

• Construcción de una expresión lógica simple

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Evaluador lógico universal

• Segunda aproximación
• Consiste en ser menos estricto en los módulos
  básicos, pero poner exigencias estrictas en la
  combinación de módulos
• LA SEGUNDA APROXIMACION SE AJUSTA A CNF Y LA OTRA
  A DNF

AL MENOS UNA ENTRADA TRUE
TRUE
TRUE
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Evaluador lógico universal

• Para esta experimentación se eligieron
  derivativos de conocidos siRNAs, y se
  construyeron cinco parejas de cadenas siRNA en
  secuencias publicadas de genes no pertenecientes
  a mamíferos para representar hasta cinco
  entradas
• T1 de Renilla reniformis
• FF3 de Firefly luciferases
• SI 4 de Enhanced green fluorescent protein (eGFP)

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Evaluador lógico universal

• D siRNA ? Firefly luciferases.
• E siRNA ? Renilla reniformis.
• Graficamente eGFP

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Similitudes con FPGAs

• Teóricamente, estos computadores celulares se
  ajustan a una máquina de Turing.
• A la vista del comportamiento es más obvia su
  semejanza con las FPGAs (Field Programable Gate
  Arrays).

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Similitudes con FPGAs

• Es fácil identificar cada uno de estos
  nanocomputadores, con la tecnología empleada en
  la fabricación de FPGAs. Dado el paralelismo que
  se desprende entre ambas se observa que la
  computación celular es un acercamiento a las
  FPGAs, ya que lo que en una FPGA es un bloque
  lógico básico, podría ser una célula y por tanto
  un sistema pluricelular podría identificarse con
  una FPGA.

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Similitudes con FPGAs

• Una FPGA (del inglés Field Programmable Gate
  Array) es un dispositivo semiconductor que
  contiene bloques de lógica cuya interconexión y
  funcionalidad se puede programar.

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Conclusión

• Uno de los motivos más importantes por los que
  se está investigando este campo de la computación
  es en llegar algún día a conseguir construir un
  sistema de monitorización del cuerpo humano en
  tiempo real

Pero esto es algo que todavía está muy lejos de
ser real.
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Bibliografía

• Nature Biotechnology. Mayo 2007. Letter A
  universal RNAi-based logic evaluator that
  operates in mammalian cells.
• ChemMatters Cellular Silicon, a medical
  revolution.
• Current Nanoscience, 2005. Development of
  Nano-Scale DNA Computing Devices.
• Nature Biotechnology. Volume 24, number 09
  September 2006. Biotechnology in Spain Special
  repport.
• Medical Dictionary Medterms dictionary
  http//www.medterms.com/script/main/hp.asp
• Medical Dictionary Merrian Webster medical
  dictionary http//www.intelihealth.com/IH/ihtIH/W
  SIHW000/9276/9276.html
• Wikipedia, entrada Biotecnologia. (Definición).
• Technology review. October 2004.
  www.technologyreview.com
• Wikipedia, entrada FPGA
• http//www.eecg.toronto.edu/vaughn/challenge/fpga
  _arch.html

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Fin

• Preguntas?