DNA Computing 1 DNA Computing (o calcolatore biologico) Gennaio 2004

DNA Computing2 Indice Introduzione Introduzione Introduzione Una nuova frontiera Una nuova frontiera Una nuova frontiera Una nuova frontiera Stop alle malattie! Stop alle malattie! Stop alle malattie! Stop alle malattie! Il DNA e la matematica Il DNA e la matematica Il DNA e la matematica Il DNA e la matematica Scacco matto genetico Scacco matto genetico Scacco matto genetico Scacco matto genetico I neuroni di sanguisuga I neuroni di sanguisuga I neuroni di sanguisuga I neuroni di sanguisuga I benefici del DNA I benefici del DNA I benefici del DNA I benefici del DNA Conclusioni Conclusioni Conclusioni

DNA Computing3 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. 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.

DNA Computing4 Una nuova frontiera La nuova frontiera della tecnologia è rappresentata dal DNA Computing. Gli scienziati stanno incorporando del materiale genetico umano allinterno di microprocessori e utilizzano il DNA in provette per risolvere problemi matematici molto complessi. Il risultato potenziale? Leliminazione di alcune malattie e, forse entro alcuni decenni, quei biochip impiantabili sui quali abbiamo fantasticato in passato. La nuova frontiera della tecnologia è rappresentata dal DNA Computing. Gli scienziati stanno incorporando del materiale genetico umano allinterno di microprocessori e utilizzano il DNA in provette per risolvere problemi matematici molto complessi. Il risultato potenziale? Leliminazione di alcune malattie e, forse entro alcuni decenni, quei biochip impiantabili sui quali abbiamo fantasticato in passato.

DNA Computing5 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. 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 questultimo cambia quando viene colpito da virus o dal cancro. Una volta inseriti in una speciale macchina, gli scienziati riescono a confrontare il chip al reale DNA umano allo scopo di vedere come questultimo 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. 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.

DNA Computing6 Il DNA e la matematica Nel 1994 lo scienziato Leonard Adelman introdusse il concetto dellutilizzo del DNA per risolvere problemi di calcolo. Nel 1994 lo scienziato Leonard Adelman introdusse il concetto dellutilizzo del DNA per risolvere problemi di calcolo. Egli aveva intuito la straordinaria somiglianza che esiste tra i meccanismi biologici che avvengono nellambito di una cellula, quando viene manipolato il DNA, e il comportamento di un computer. Egli aveva intuito la straordinaria somiglianza che esiste tra i meccanismi biologici che avvengono nellambito 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. 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.

DNA Computing7 Scacco matto genetico I ricercatori di Princeton hanno recentemente utilizzato lRNA (la molecola che trascrive e copia il DNA) per risolvere una prova dintelligenza 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. I ricercatori di Princeton hanno recentemente utilizzato lRNA (la molecola che trascrive e copia il DNA) per risolvere una prova dintelligenza 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.

DNA Computing8 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. 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 questultimo. 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 questultimo.

DNA Computing9 I benefici del DNA Ma che motivo cè di utilizzare il DNA o lRNA 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. Ma che motivo cè di utilizzare il DNA o lRNA 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.

DNA Computing10 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 alluomo. 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 alluomo. Fino a poco tempo fa esisteva una sola direzione di ricerca, quella che prometteva di creare macchine in grado di emulare perfettamente lessere umano in tutte le sue caratteristiche. Oggi si fa avanti la prospettiva inversa che possiamo considerare ancora più pericolosa. Fino a poco tempo fa esisteva una sola direzione di ricerca, quella che prometteva di creare macchine in grado di emulare perfettamente lessere 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. Lintegrazione tra robotica, elettronica e biotecnologie è solo agli albori… 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. Lintegrazione tra robotica, elettronica e biotecnologie è solo agli albori…