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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA BIOCOMPUTADORES

BIOCOMPUTADORES A NOVA TECNOLOGIA

PROFESSOR

Geraldo Zafalon ALUNOS

Luis Henrique Hara Sanches José Arthur Pereira Eliandro Bega


SUMÁRIO Introdução

Pg – 4

Objetivos

Pg – 5

1-Quando surgiu a inspiração

Pg – 6

2-Um DNA mais estável

Pg – 7

3-O principio da tecnologia

Pg – 8

4-A revolução da tecnologia

Pg – 9

5-Tipos de Biochips e funcionamento

Pg – 10

6-Aplicações de Biocomputação

Pg – 11

6.1-Câncer

Pg – 11

6.2-Estudo das mutações e variações genéticas

Pg – 11

6.3-Microbiologia

Pg – 11

6.4-Imunologia

Pg – 11

7-Pontos positivo e negativos da Biocomputação

Pg – 12

7.1-Um sistema Inteligente

Pg – 12

7.2-Velocidade e Amazenamento alem do normal

Pg – 12

7.3-Calculos exatos e manipulaveis

Pg – 12

7.4-Não há limites de condensação de informação

Pg – 12

7.5-Não passou de um sonho ainda

Pg – 12

8-Entendendo o funcionamento a fundo

Pg – 13

9-Paralelismo maciço

Pg – 14

10-DNA vs. Silício

Pg – 15

11-Tendências

Pg – 15

11.1-Biochip utiliza bolhas minúsculas como bits

Pg – 15

11.2-Microfluídica

Pg – 15

11.3-Memória de bolhas

Pg – 16

11.4-Biochip

Pg – 16

11.5-Desafios tecnológicos

Pg – 16 2

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11.6-Biochip microfluídico

Pg – 17

11.7-Microfluídica

Pg – 17

11.8-Plasmônica

Pg – 17

11.9-Sensibilidade do biochip

Pg – 17 Pg – 19

Conclusão

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INTRODUÇÃO O poder de processamento de determinados materias podem se tornar inestimaveis a mente humana e esta em constante pesquisa. Atualmente, os fabricantes competem em uma corrida tecnológica pela fabricação do processador com melhor desempenho, realizando melhorias nas arquiteturas, organização e nas tecnologias de fabricação dos chips. No entanto, a cada dia que se passa a tecnologia vai se tornando limitado, o limite da nanotecnologia esta próximo para os chips. Os microprocessadores produzidos com chips de silício atingirão seus limites de miniaturização e conseqüentemente, do poder de processamento. Desta forma, os fabricantes deverão buscar novas fontes de materia e novas metodologias de producao, a fim de produzir computadores com maior desempenho. Neste contexto, surgiu o conceito de computação biológica, tornando assim os elementos biologicos como: fibras, DNA, RNA, proteinas etc, sua principal fonte de materia para processamento e armazenamento de informações. Esta nova geração de microprocessadores está fundamentada na utilização de organismos vivos como fonte de processamento, através de atividades celulares. Podemos dizer que existem milhões de microprocessadores naturais dentro de um organismo vivo, tal como uma célula humana composta por seu DNA. As moléculas de DNA têm a capacidade de executar cálculos 10 vezes muito mais rápido que o mais poderoso computador construído por humanos. A integração de moléculas de DNA e RNA dentro de um chip cria o conceito denominado biochip, que impulsionará a velocidade dos computadores. As pesquisas neste ramo já demonstraram a capacidade dessas moléculas de executarem complexas atividades, calculos matematicos, como será abordado neste trabalho.

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OBJETIVO GERAL O Projeto tem por objetivo mostrar de uma forma clara e detalhada o que são biocomputadores, sua origem e suas características respectivas, mostrando por si a diferença da tecnologia atual e da novata e qual a sua finalidade em relação ao que se pode esperar da mesma.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS     

Mostrar de uma forma clara o que são biocomputadores; Definir as suas principais características; Mostrar porque é tão importante tal avanço tecnológico; Sua principal área de atuação; Porque não foi implantada.

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1. QUANDO SURGIU A INSPIRAÇÃO Em seu livro "O que é a vida", Erwin Schödinger tinha definido o caminho a seguir para penetrar nos segredos da informação biológica. Publicado em 1944, seu pequeno livro já introduzia a idéia que devia haver nos cromossomos uma espécie de cristal aperiódico, portador da informação genética. Tal montagem devia possuir certa regularidade para conter informação e, portanto, assemelhar-se a um cristal ordenado. Mas não podia se tratar de um cristal perfeito, pouquíssimo rico em informações e pouco rígido para as transformações biológicas. Portanto, o programa a ser seguido era claro: "purifique os materiais biológicos, utilize as técnicas de difração de raios-X da cristalografia e deverá descobrir o segredo da hereditariedade e da vida". Foi o que fizeram Watson e Crick, em 1953, baseando-se, entre outras, nas descobertas de Maurice Wilkins e Rosalind Franklin.

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2. UM DNA MAIS ESTÁVEL Todo mundo conhece agora a estrutura de dupla hélice do DNA, com suas duas hastes constituídas de uma sucessão de nucleotídeos. Essas bases nitrogenadas, representadas por letras (A para a adenina, G para a guanina, C para a citosina e T para a timina) carregam a informação genética e, entre duas hélices, se associam por pares (A-T e G-C). Em 1994, Leonard Adleman demonstrou a possibilidade de serem construídos verdadeiros biocomputadores de DNA, bem adaptados para resolver, por cálculos em paralelo, certos problemas difíceis das matemáticas combinatórias (muito longos para serem tratados com um computador clássico). Em 2002, Ehud Shapiro, do Instituto Weizmann (Israel) concebe um primeiro nanocomputador de DNA. É nessa perspectiva de informática à base de DNA que a performance de Masahiko Inouye e seus colegas, da Universidade de Toyama (Japão), é interessante. Esses químicos japoneses acabam, de fato, de realizar a síntese de um DNA artificial cujos nucleotídeos não são constituídos de bases nitrogenadas de DNA natural. Mais estável e mais facilmente manipulável, esse DNA artificial permitirá realizar mais facilmente e mais eficazmente os biocomputadores.

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3. O PRINCIPIO DA TECNOLOGIA É certo que os computadores biológicos estão em desenvolvimento, de modo que não os encontramos em lojas de componentes eletrônicos. A atividade inicial na linha dos computadores biológicos foi dada por Leonard Adleman, pela publicação em 1994 de um trabalho demonstrando a capacidade de processamento do DNA [Adleman, 1994]. Adleman conseguiu solucionar um problema matemático bem conhecido, sobre caminhos hamiltonianos (problema este conhecido como o Problema do Caixeiro Viajante – The Salesman Problem), utilizando moléculas de DNA. Sabendo-se que a tecnologia esta se desenvolvendo a cada dia que passa, o principal objetivo dos computadores biológicos é superar os limites físicos impostos pelo atual modelo de processamento, baseado em chips e transistores, proporcionando uma eficiência nunca antes atingida substituindo assim supercomputadores como: A superioridade em junho de 2011 a “Top500 supercomputer site” anunciou um extraordinário avanço em supercomputadores, mostrando que é capaz de realizar mais de 8 quatrilhões de cálculos por segundo (petaflop/s) sendo este o mais novo número um do mundo chamado de computador K. Os experimentos iniciais podem ser vistos como prova do conceito, de forma a demonstrar a veracidade da metodologia biológica de processamento. A partir de então, vislumbra-se a construção de um processador baseado no DNA, como um dispositivo capaz de operar independentemente da intervenção humana. Como será abordado durante todo trabalho, os processadores moleculares mostram sua alta capacidade ao mesmo tempo em que apresentam dificuldades na interação humana, ou seja, na forma que eh apresentada as informações de entrada e saída. Três anos após o experimento de Adleman, um novo avanço foi dado por um grupo de pesquisadores da universidade de Rochester. Esse grupo de pesquisa desenvolveu portas lógicas feitas com DNA. Tais portas são o primeiro passo para a criação do computador biológico, que tenha uma estrutura similar aos computadores eletrônicos atuais. Em vez de utilizarem sinais elétricos para executarem funções, estas portas baseiam-se em operações executadas sobre a molécula de DNA, como por exemplo, uma função AND, que detecta fragmentos de código genético e realizam uma operação de junção (quimicamente), produzindo uma única saida.

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4. A REVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA Um biochip é formado por um arranjo de micro-laboratórios dispostos em um substrato sólido de forma a permitir que muitos testes sejam realizados simultaneamente, visando atingir a maior vazão e rapidez possível. Dessa maneira, o biochip é capaz de realizar milhares de reações biológicas em poucos segundos. Assim, os biochips ou chips biológicos são pequenos retângulos recobertos de vidro, ou silicone, que servem como plataforma para fixação de DNA. Tais chips foram projetados para o estudo de DNA, RNA ou outras substâncias orgânicas que determinam as características de um organismo. Durante o processo de caracterização, quando as sondas usadas possuem uma seqüência complementar ao DNA ou RNA em estudo, elas irão se hibridizar aos mesmos, permitindo assim sua identificação. A amostra a ser estudada deverá ser marcada com um corante fluorescente e adicionada ao biochip. Qualquer seqüência de ácido nucléico presente na amostra, que for complementar às seqüências contidas nas sondas fixadas ao chip, se hibridizarão. Então, lava-se a reação para que as seqüências não hibridizadas sejam retiradas. As seqüências perfeitamente hibridizadas geram fluorescência intensa, enquanto outras com discordância de uma única base geram fluorescência de menor intensidade.

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5. TIPOS DE BIOCHIPS E FUNCIONAMENTO Existem dois modelos básicos de biochips, que empregam alguns princípios comuns em suas técnicas, mas que diferem na maneira como os oligonucleotídeos são fixados ao substrato sólido. Os principais fabricantes são a Affymetrix e a Synteni que os desenvolveu em parceria com a Universidade de Stanford e por isso são chamados de Synteni/Stanford [Lima, 1999]. - Os chips da Affymetrix em geral empregam seqüências pequenas de DNA que são fixadas à superfície sólida, utilizando um processo de síntese química em áreas fotoativadas. Esse processo combina a síntese química em fase sólida, incluindo a fixação do ácido nucléico ao vidro com técnicas de fabricação de litografia, que são geralmente empregadas na fabricação de semicondutores, o que determina a localização precisa onde o oligonucleotídeo deve ser fixado. Em resumo, um vidro foto-protegido é iluminado seletivamente pela luz que passa através de uma máscara fotolitográfica. As áreas iluminadas são ativadas, o que permite a fixação das seqüências de DNA. Em geral, tais chips serão expostos às amostras marcadas com um único corante fluorescente e a análise dos resultados fará a diferenciação entre as seqüências com complementaridade perfeita e aquelas com mutações em uma única base. - Os biochips sintetizados pela Synteni, em geral, empregam longas seqüências de DNA referentes a genes inteiros ou seqüências EST ("Expressed Sequence Tags") que, através do método de marcação com dupla coloração fluorescente, permitem avaliar qualitativamente a expressão dos genes selecionados. A Synteni utiliza robôs para fixar uma a uma as seqüências desejadas nos seus lugares específicos. Um dos métodos utilizados é a fixação de uma única molécula de ácido nucléico em uma esfera de látex em meio líquido. Um raio laser é usado como uma pinça ótica para segurar a esfera de látex no local desejado. Um microscópio de força atômica localiza a esfera e o ácido nucléico é transferido para o local desejado pelo laser.

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6. APLICAÇÕES DE BIOCOMPUTAÇÃO 6.1. CÂNCER: Com a progressão dos tumores, a expressão gênica das células cancerosas se altera. Comparar células normais com células cancerosas pode apontar prováveis oncogenes, bem como novas maneiras de intervenção. (Fonte de pesquisa: http://www.sjtresidencia.com.br/invivo/?p=14915) 6.2. ESTUDO DAS MUTAÇÕES E VARIAÇÕES GENÉTICAS (doenças autoimunes, tumores, câncer, infecções): Ao invés de uma única alteração gênica, a maioria dos genes mostra uma gama de mutações que torna o estudo de um defeito genético longo e árduo. Com essa finalidade, biochips foram desenvolvidos especificamente para detectar mutações nos genes BRCA1, CFTR e p53. Uma observação importante a esse respeito, o tipo mais comum de variação genética humana é o SNP (single nucleotide polymorphism), que pode ser definido como a posição na qual duas bases alternativas ocorrem numa freqüência significativa (>1%) na população humana. O estudo dos SNPs foi reconhecido como uma importante ferramenta para a identificação de marcadores genéticos nas doenças, tanto em estudos populacionais, quanto em estudos familiares. Os biochips permitem que grandes porções do genoma humano sejam analisadas à procura dos SNPs. Localizado os SNPs, pode-se então construir um mapa de todo o genoma. 6.3. MICROBIOLOGIA: A partir do sequenciamento de um número cada vez maior de genomas de microorganismos, pode-se construir biochips contendo sondas que representem parte ou todo o genoma e determinar, por exemplo, quais os genes reprimidos ou expressos, quando células de leveduras são cultivadas em meios ricos ou pobres em nutrientes ou, ainda, quais são os genes envolvidos com a fase de crescimento exponencial do Streptococcus pneumoniae (competência) e quais aqueles ativos na fase estacionária. 6.4. IMUNOLOGIA: Por possuírem ação pleiotrópica, as citoquinas ficaram até então limitadas no que se refere ao preciso conhecimento do seu mecanismo de ação. Estudos usando biochips identificaram novos genes que são estimulados ou reprimidos pelos diferentes interferons, inclusive alguns anteriormente implicados no apoptose.

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7. PONTOS POSITIVOS E NEGATIVOS DA BIOCOMPUTAÇÃO DNA computing é uma tecnologia emergente que procura capitalizar a enorme capacidade informacional do DNA, moléculas biológicas que podem armazenar grandes quantidades de informação e são capazes de realizar operações semelhantes às de um computador através da implantação de enzimas, catalisadores biológicos que atuam como software para executar operações desejadas. 7.1. UM SISTEMA INTELIGENTE: Um conjunto de moléculas de DNA foi aplicado a uma pequena placa de vidro revestida com ouro. Em cada experimento, o DNA foi adaptado para que todas as respostas possíveis para um problema computacionalmente difícil foram incluídas. Ao expor as moléculas de certas enzimas, as moléculas com as respostas erradas foram eliminados, deixando apenas as moléculas de DNA com as respostas certas. 7.2. VELOCIDADE E AMAZENAMENTO ALEM DO NORMAL: O apelo da computação DNA reside no fato de que as moléculas de DNA pode armazenar muito mais informação do que qualquer outro chip de computador convencional existente. Estima-se que um grama de DNA seco pode conter tanta informação como um trilhão de CDs. Além disso, em uma reação bioquímica que ocorrem em uma área de superfície pequena, centenas de trilhões de moléculas de DNA podem operar em conjunto, criando um sistema de processamento paralelo que imita a capacidade do supercomputador mais poderoso. 7.3. CALCULOS EXATOS E MANIPULAVEIS: Os chips que impulsionam os computadores convencionais representam a informação como uma série de impulsos elétricos usando uns e zeros. Fórmulas matemáticas são usadas para manipular o código binário para chegar a uma resposta. Computação de DNA, por outro lado, depende de informação representada como um padrão de moléculas organizadas em uma fita de DNA. Certas enzimas são capazes de ler esse código, copiar e manipulá-lo de forma previsível. 7.4. NÃO HÁ LIMITES DE CONDENSAÇÃO DE INFORMAÇÃO: Computação convencional, com características cada vez mais embalado e menor para a chips de silício que o poder dela, está se aproximando dos limites da miniaturização. Computação de DNA é uma forma potencial em torno dessa barreira sem limites. Outra grande vantagem dos biochips, é que eles geram a sua própria energia e com isso não seria necessária uma fonte de energia externa. Isto representou uma notável melhora sobre o algoritmo em computadores convencionais, por exemplo, um problema 3- SAT com 30 cláusulas e 50 variáveis pode ser resolvida em 1,6 milhões de passos em computadores convencionais. Visto que, em um biocomputador seriam necessários 91passos. Mas a tecnologia de computação atuais DNA, ainda está longe de ultrapassar o chip de silício. O novo método relatado pelos cientistas de Wisconsin é simplesmente um teste para trabalhar fora uma química melhorada e mais simples para a computação em DNA. 7.5. NÃO PASSOU DE UM SONHO AINDA: Embora diversas tentativas, falta-se 12 UNORP – CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – 2º ANO


conhecimento e tecnologia para implementar a biocomputação e traduzir seus reais valores transmitidos. Nenhum biocomputador exibe seus resultados em um monitor convencional. Ao invés disso, os resultados devem ser conjecturados com o uso de um gel eletroforético, usado para criar o tipo de mapa preto-e-branco de DNA que é exibido por especialistas em julgamentos criminais. Para se ter uma idéia, seria necessário um segundo para realizar os cálculos, e uma semana para decifrar os resultados.

8. ENTENDENDO O FUNCIONAMENTO A FUNDO O DNA como estrutura de dados Os dados utilizados nos computadores atuais são codificados conforme a unidade básica de informação eletrônica, o bit. Nos computadores biológicos a densidade de informações de um DNA é impressionante. A codificação de uma informação é realizada com base na estrutura de composição destas moléculas, que contém quatro bases: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina (G). O caráter biológico destas estruturas não é importante para a análise dos resultados nos computadores biológicos. Apenas devemos nos ater a possibilidade de 4 representações para a codificação de uma informação. Estas bases distanciam-se por 0.35 nanômetros ao longo da molécula de DNA, gerando uma densidade perto de 18 Mbits por polegada (2,54 cm). Para se ter idéia, em duas dimensões, se admitirmos uma base por nanômetro quadrado, a densidade chega a mais de um milhão de Gbits por polegada quadrada. Comparando esta densidade com um disco atual de alta performance (perto de 7 Gbits por polegada quadrada), temos um fator de mais de 100 mil superior [DNA Computing, 2007]. Além da grande densidade de informações possibilitada pelo DNA, estas estruturas apresentam ainda outra característica importante como estrutura de dados. Uma vez que moléculas de DNA são compostas por duas seqüências de bases (dupla hélice), sendo que uma representa o complemento da outra. Esta estrutura pode ser usada com uma maneira de produzir redundância nas informações para possíveis correções de erros. Os erros em uma molécula de DNA podem ocorrer devido a diversos fatores, como enzimas que fazem a separação em genes errados, energia térmica externa ou fontes de raios UV. Se um erro ocorrer em uma das hélices, a outra pode ser usada para a reconstrução da molécula correta por meio de determinadas enzimas. Esta estrutura pode ser comparada ao Redundant Array of Independent Disks 1 (RAID 1), onde discos são espelhados como forma de redundância. Metodologias poderão ser desenvolvidas a fim de aprimorar estas recuperações. Por exemplo, na cópia de um DNA ocorre 1 erro a cada 109 bases, ou seja, uma taxa de 10 elevado 9. Em discos, a taxa de erros de leitura usando algoritmos de recuperação de erros é na faixa de 10 elevado 13.

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9. PARALELISMO MACIÇO Dentro de uma célula o DNA pode ser modificado bioquimicamente por uma variedade de enzimas, pequenas máquinas capazes de ler e processar moléculas de DNA. Existe uma grande diversidade nessas enzimas que realizam diferentes funções como corte de molécula, junção de pedaços de códigos genéticos, enzimas copiadoras e enzimas capazes de reconstruir segmentos com erros. Uma vez que a biologia, a bioquímica e a biotecnologia atualmente possibilitam a execução dessas atividades celulares em tubos de ensaio, podemos caracterizar essas reações controladas como uma máquina celular. Assim como uma CPU possui um conjunto básico de instruções como soma, operações lógicas, deslocadores, inversores etc., a partir das quais são realizadas todas as tarefas desempenhadas por um computador atual, o DNA possui funções como corte, cópia, junção, reconstrução e muitas outras que possibilitam a manipulação desta estrutura molecular, e conseqüentemente, de informações que elas possam conter. A grande importância destas funções realizadas no DNA em um tubo de ensaio é que as enzimas não atuam seqüencialmente, em uma molécula por vez. Ao contrário, muitas cópias destas enzimas podem trabalhar em muitas moléculas de DNA simultaneamente. Isto garante um poder computacional extraordinário aos computadores biológicos, que são capazes de operar em um paradigma massivamente paralelo.

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10. DNA VS. SILÍCIO Nas últimas décadas o chip de silício foi o coração da computação. Fabricantes têm inserido mais e mais dispositivos em seus microprocessadores. No entanto, como já mencionado, o limite físico será atingido brevemente. Os biocomputadores levarão a computação a novos níveis [Howstuffworks, 2007]. A utilização de DNA no lugar do silício traz diversas vantagens como: • o suprimento de DNA é garantido, visto que existe em todos os organismos celulares; • o grande suprimento de DNA faz deste um recurso barato; • o biochip não é tóxico nem poluente, ao contrário dos materiais usados para produzir os microprocessadores atuais; • os biocomputadores serão muito menores que os computadores atuais.

11. TENDÊNCIAS 11.1. BIOCHIP UTILIZA BOLHAS MINÚSCULAS COMO BITS Os cientistas estão tentando substituir os elétrons que fazem funcionar os chips atuais por spins dos elétrons, pelo comportamento quântico de nuvens de átomos e até por moléculas. Mas agora, cientistas do MIT, Estados Unidos, conseguiram construir um minúsculo chip apenas com pequenas bolhas na água. A intenção não é substituir os microprocessadores dos computadores, mas a criação poderá revolucionar o campo dos micro laboratórios - também conhecidos como "lab-on-achip" ou simplesmente biochips. O biochip feito com bolhas e com gotículas consegue processar informações da mesma forma que um chip tradicional, ao mesmo tempo em que conduz reações químicas. "A lógica das bolhas mistura química com computação, permitindo que um bit digital transporte uma carga química. Até agora, havia uma distinção clara entre os materiais em uma reação química e os mecanismo que a controlavam," explica Neil Gershenfeld. 11.2. MICROFLUÍDICA A microfluídica permite que os cientistas criem minúsculos chips onde nano litros de fluidos fluem de uma parte a outra do chip, disparando reações químicas controladas em diversos pontos ao longo de seu trajeto ou em sua destinação final. Num futuro próximo, espera-se que eles substituam os tubos de ensaio e toda aquela vidraria comumente vista nos laboratórios.

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O avanço dos biochips rumo à utilização em larga escala vem sendo contido devido à dificuldade de seu controle externo, o que exige micro bombas e sistemas de válvulas difíceis de serem construídas em larga escala. Mas agora os cientistas foram capazes de controlar os fluidos no interior dos canais do chip fazendo-os fluir na forma de minúsculas bolhas, mais ou menos do tamanho das gotículas de tinta que saem de uma impressora jato-de-tinta. "Agora você pode controlar o que está acontecendo no interior do biochip, projetando circuitos lógicos de bolhas que funcionam exatamente como seus equivalentes eletrônicos," explica Manu Prakash, outro membro da equipe que criou o microchip de bolhas. 11.3. MEMÓRIA DE BOLHAS A principal aplicação dos biochips deverá ser mesmo no controle de reações químicas. Será possível criar sistemas micro fluídicas em larga escala que funcionam como memórias químicas, armazenando milhares de reagentes em um chip, da mesma forma que os sistema de armazenamento de dados magnéticos dos computadores guardam bits de informação. Contadores poderão ser utilizados para liberar quantias exatas desses reagentes e circuitos lógicos os levarão até seus destinos específicos, onde ocorrerão as reações químicas desejadas. Os cientistas projetaram seu biochip da mesma forma que um microprocessador tradicional. Só que, ao invés de utilizar voltagens altas e baixas para representar um bit de informação, eles utilizaram a presença ou a ausência de uma minúscula bolha. A experiência foi feita com bolhas de nitrogênio em água, mas qualquer outra combinação de materiais que não se misturem poderá funcionar da mesma forma, como óleo e água, por exemplo. Utilizando sua lógica de bolhas, os cientistas conseguiram construir todos os elementos necessários para uma nova família lógica, incluindo portas, memórias, amplificadores e osciladores. A velocidade de operação do biochip é cerca de 1.000 vezes mais lenta do que um microprocessador eletrônico, mas é 100 vezes mais rápido do que os biochips que dependem de válvulas externas para funcionar. 11.4. BIOCHIP DESCARTÁVEL FARÁ EXAMES CLÍNICOS NO CONSULTÓRIO MÉDICO Os micros laboratórios, ou biochips, são uma promessa de uma tecnologia longamente esperada: em vez de ir ao laboratório colher amostras, esperar pelos resultados e depois retornar ao médico, tudo poderá ser feito com o auxílio de um biochip descartável, no próprio consultório médico. 11.5. DESAFIOS TECNOLÓGICOS Alguns desafios tecnológicos, contudo, deverão ser vencidos, para que essa tecnologia possa se tornar, mais do que uma comodidade, uma forma de salvar vidas - evitando demoras que podem ser fatais em situações críticas - e economizar milhões para os sistemas públicos de saúde e para os pacientes. 16 UNORP – CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – 2º ANO


"Nossos objetivos são sensibilidades estado da arte ou melhores em um sistema que poderá estar disponível por qualquer coisa menor do que €50,00," afirma o pesquisador Jerôme Gavillet, do projeto europeu SEMOFS, um dos vários grupos de pesquisas que estão trabalhando no desenvolvimento desses biochips descartáveis. 11.6. BIOCHIP MICROFLUÍDICO SEMOFS é uma sigla para Surface Enhanced Micro Optical Fluidic Systems, uma tecnologia capaz de controlar o movimento de fluidos biológicos, detectar a presença de proteínas específicas - por exemplo, sinais precoces de câncer - e analisar os resultados, tudo em um dispositivo descartável plástico do tamanho de um cartão de crédito. "Para cada paciente, o médico poderá abrir o pacote, colocar um pouco de sangue ou soro no cartão, fazê-lo funcionar e então conectá-lo a um leitor de cartões," explica Gavillet. O leitor mostrará na tela as medições feitas pelo cartão. Os principais progressos feitos pela equipe do Semofs atingem duas áreas - a micro fluídica e a plasmônica. 11.7. MICROFLUÍDICA A micro fluídica envolve materiais e técnicas para o controle do movimento de minúsculas quantidades de fluidos. O biochip movimenta sangue, soro e outros fluidos ao longo de canais ligeiramente mais largos do que um fio de cabelo humano. A movimentação é feita graças às superfícies super-hidrofílicas e super-hidrofóbicas com que são feitos os micro canais, sem a necessidade de bombas. A pressão para fazer o fluido andar pelos micro canais é suprida pela injeção de misturas de oxigênio-hidrogênio geradas por uma tensão elétrica em pequenas câmaras cheias de um gel saturado com água. 11.8. PLASMÔNICA Quando a amostra biológica e os fluidos necessários para seu processamento já interagiram na sequência correta ao longo dos micro canais, o biochip utiliza a plasmônica para determinar se as proteínas da amostra se ligaram às superfícies de detecção do biochip. A plasmônica utiliza as propriedades do "gás", ou plasma, de elétrons livres movendo-se no interior ou ao longo da superfície de um condutor. O gás ionizado no interior do biochip ressona a frequências específicas quando é estimulado pela luz. Quando as proteínas ligam-se aos antígenos sobre a superfície do detector, sua presença força uma leve alteração nessa frequência de ressonância. 11.9. SENSIBILIDADE DO BIOCHIP Os pesquisadores descobriram que, construindo uma pilha de camadas condutivas e dielétricas, sobre a qual vai a camada para se ligar com a proteína-alvo, eles conseguem elevar a sensibilidade do biochip muito além dos limites atuais. 17 UNORP – CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE PAULISTA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – 2º ANO


"O objetivo final é alcançar um picograma por milímetro quadrado," diz Gavillet" ou seja, alcançar a sensibilidade estado da arte mesmo em um chip descartável de baixo custo." Um picograma equivale a um trilionésimo de grama. O desafio final com se que defronta a equipe do Semofs é integrar as tecnologias que eles aprimoraram em um cartão único e que possa ser facilmente fabricado. Eles planejam empacotar tudo - fontes de luz, detector, guias de onda e o sistema micro fluídico - em um cartão feito de plástico. A eletrônica que irá ler os cartões e mostrar os resultados ficará em uma unidade separada. Eles esperam finalizar o cartão nos próximos oitos meses, quando o projeto Semofs está previsto para terminar.

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CONCLUSÃO Uma tecnologia tão inovadora e tão novata que ira revolucionar a forma com que pensamos a respeito da mesma, esses, os biocomputadores, drasticamente superior a qualquer computador já produzido e dramaticamente menor a tudo que já vimos, tão superior que sua velocidade inicial supera dez vezes a maior invenção em supercomputadores, efetuar cálculos paralelos, fazer comparações entre moléculas, reconstrução de células é apenas uma simples atividade em relação ao que se pode fazer dentro do organismo, e sua capacidade de armazenamento é superior em milhões de vezes em apenas algumas gramas de DNA. Os biocomputadores é o princípio de uma nova tecnologia que trará benefícios a todo o mundo, por meio dela será possível cálculos rápidos e precisos, e poderá ter acesso a todos pelo seu baixo custo. Podemos até mesmo imaginar supercomputadores sendo abandonados e substituídos por esta supermáquina de processamento que é o biocomputador. A área de medicina será altamente contemplada por esta tecnologia. Exames como câncer e HIV deixaram de ser problemas a ciência e passaram a ser tratadas antes mesmo de surgiram o tumor, a biotecnologia trabalhará as células e poderá substituir aquelas a qual estão defeituosas. Além de todas as vantagens abordadas, esta tecnologia com certeza terá todo o apoio de ONGs e poder publico simplesmente por não fazer mal ao meio ambiente, isto é uma questão de responsabilidade social, pois sabemos o quanto nosso planeta sofre pela fabricação de silício e todos querem manter uma boa imagem em relação a poluição e ambientalização. Portanto podemos concluir que a biotecnologia é muito aguardada, quantas mudanças haverá quando este pequeno componente for introduzido em nosso meio tecnológico.

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BIBLIOGRAFIA http://www.cin.ufpe.br/~mcps/BIOINFORMATICA/BIO2004.1/BIB/RootsOfBioinformatics_01 .pdf

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