Il computer biologico

DNA Computing
(o calcolatore biologico)
Gennaio 2004
DNA Computing
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Indice
• Introduzione
• Una nuova frontiera
• Stop alle malattie!
• Il DNA e la matematica
• Scacco matto genetico
• I neuroni di sanguisuga
• I benefici del DNA
• Conclusioni
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Introduzione
• Quella “parte” di mondo che usa i computer li
vuole sempre più veloci e potenti. Nel 1965
Gordon Moore enunciava che ogni 18 mesi la
potenza dei processori raddoppiava. Oggi la
cosiddetta “legge di Moore” viene confermata
ogni anno e intorno al 2014 verrà raggiunto il
limite fisico del transistor. Oltre non si potrà
andare e se si vorranno calcolatori più potenti si
dovrà cambiare tecnica; la soluzione potrebbe
venire da calcolatori “molecolari” basati sulle
notevoli proprietà del DNA.
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Una nuova frontiera
• La nuova frontiera della tecnologia è
rappresentata dal DNA Computing. Gli scienziati
stanno incorporando del materiale genetico
umano all’interno di microprocessori e utilizzano
il DNA in provette per risolvere problemi
matematici molto complessi. Il risultato
potenziale? L’eliminazione di alcune malattie e,
forse entro alcuni decenni, quei biochip
impiantabili sui quali abbiamo fantasticato in
passato.
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Stop alle malattie!
• Gli scienziati di alcune società biotecnologiche hanno
•
•
creato dei microprocessori che incorporano frammenti
di DNA al posto della usuale circuitazione elettrica.
Questi chip contengono un raggruppamento di
informazioni genetiche specifiche che corrispondono
ai dati di un gene umano, sono noti come
”microschiere”.
Una volta inseriti in una speciale macchina, gli
scienziati riescono a confrontare il chip al reale DNA
umano allo scopo di vedere come quest’ultimo cambia
quando viene colpito da virus o dal cancro.
Quando gli studiosi avranno una conoscenza più
completa di quali parti del genoma umano controllano
certe funzioni, riusciranno forse ad intervenire e a
combattere alcuni dei mali più temuti.
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Il DNA e la matematica
• Nel 1994 lo scienziato Leonard Adelman
•
•
introdusse il concetto dell’utilizzo del DNA per
risolvere problemi di calcolo.
Egli aveva intuito la straordinaria somiglianza
che esiste tra i meccanismi biologici che
avvengono nell’ambito di una cellula, quando
viene manipolato il DNA, e il comportamento di
un computer.
Utilizzò quindi i componenti di base che
costituiscono la molecola del DNA e, attraverso
reazioni biochimiche, riuscì a realizzare dei
modelli per risolvere correttamente un problema
teorico.
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Scacco matto genetico
• I ricercatori di Princeton hanno recentemente
utilizzato l’RNA (la molecola che trascrive e copia
il DNA) per risolvere una prova d’intelligenza
scacchistica. Non hanno fatto altro che codificare
il problema in stringhe da 10 bit di RNA e istruire
le molecole a creare ogni possibile combinazione
di “0” e “1” eliminando infine le soluzioni errate.
RNA ha trovato così 43 soluzioni corrette delle
512 possibili soluzioni.
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I neuroni di sanguisuga
• Bill Ditto e lo staff del Georgia Institute of
•
Technology, in seguito ad alcuni esperimenti, è
riuscito a comprendere che i neuroni di
sanguisuga integrati in un dispositivo elettrico da
lui ideato, sono in grado di eseguire attività simili
al pensiero, autonomamente, al contrario dei
chip che, per eseguire delle operazioni devono
essere programmati.
Il computer a neuroni lavora in modo simile al
cervello umano, e Ditto afferma che il suo
intento è proprio quello di riuscire ad avvicinarsi
il più possibile al modello di funzionamento di
quest’ultimo.
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I benefici del DNA
• Ma che motivo c’è di utilizzare il DNA o l’RNA per
risolvere problemi quando disponiamo già di
microprocessori veloci? I processori DNA
utilizzano biomateriali a buon mercato, puliti e
facilmente reperibili; racchiudono inoltre una
maggior quantità di dati in meno spazio e, visto
che eseguono i calcoli attraverso reazioni
biochimiche (molte delle quali possono avvenire
simultaneamente) si ha la possibilità di svolgere
più operazioni parallelamente.
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Conclusioni
• La tendenza è quella di creare macchine sempre più
•
•
veloci e sempre più piccole, in grado di memorizzare
ed elaborare una quantità infinita di dati e
informazioni; ma anche quella, certamente più
inquietante, di riuscire ad integrare sempre di più la
macchina all’uomo.
Fino a poco tempo fa esisteva una sola direzione di
ricerca, quella che prometteva di creare macchine in
grado di emulare perfettamente l’essere umano in
tutte le sue caratteristiche. Oggi si fa avanti la
prospettiva inversa che possiamo considerare ancora
più pericolosa.
Il pericolo quindi sta nella possibilità che gli uomini
possano diventare simili ai computer e quindi limitare
le proprie capacità e potenzialità, uniche e inimitabili,
di cui i computer non dispongono. L’integrazione tra
robotica, elettronica e biotecnologie è solo agli
albori…
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