Komputer genetyczny

Mikołaj Olszewski

Michał Żelazowski

Cel prezentacji

Przedstawienie zastosowań i możliwości DNA w technologii

Ukazanie powiązań genetyki z informatyką Zarysowanie przyszłości komputerów

Korzyści dla słuchaczy

Zdobycie podstaw wiedzy o genetyce i DNA Poznanie najnowszych trendów w rozwoju

komputerów Nowe spojrzenie na technologię komputerową Materiały dodatkowe

Plan prezentacji

Sekrety podwójnej helisy Chipowa rewolucja Wróżenie z chipa Pamięć oparta na DNA Przykłady zastosowań Komputery przyszłości

DNA

Cząstka odkryta w 1952 przezJamesa Watsona i Francisa Cricka

Kod genetyczny wszystkich żywych organizmów

Powtarzające się cztery nukleotydy– Adenina (A)– Cytozyna (C)– Guanina (G)– Tymina (T)

Podwójna helisa

Kod DNA

Czteroliterowy kod genetyczny: A, T, C, G

Wydajniejsze kodowanie informacji w porównaniuz binarnym

Wzajemne oddziaływania nukleotydów– A ⇔ T– C ⇔ G

DNA – nośnik informacji

Ważna kolejność Odpowiednik pamięci masowej Informacja:

- o budowie białek- o funkcjonowaniu białek

Złamanie kodu genetycznegow latach 60-tych

Inżynieria genetyczna

Początek w latach 70-tych Manipulacja pojedynczymi cząsteczkami Przenoszenie genów pomiędzy różnymi

gatunkami organizmów Rezultaty:

- zmodyfikowana żywność- terapia genowa- dowody sądowe- owieczka Dolly

Aktualne problemy genetyki

Potrzebny specjalistyczny i drogi sprzęt Potrzebny dobrze wyszkolony personel Mało wydajna analiza DNA Długi czas rozszyfrowywania genomu Różnorodność odmian Human Genome Project

Plan prezentacji

Sekrety podwójnej helisy

Chipowa rewolucja Wróżenie z chipa Pamięć oparta na DNA Przykłady zastosowań Komputery przyszłości

DNA-chipy

DNA zamiast tranzystorów Komplementarność nici Hybrydyzacja Pionier i potentat Affymetrics Twórcy technologii:

Steven Fodor i Lubert Stryer

Jak powstają DNA-chipy?

Jak powstają DNA-chipy?

Jak powstają DNA-chipy?

Jak powstają DNA-chipy?

Jak działa DNA-chip?

Plan prezentacji

Sekrety podwójnej helisy Chipowa rewolucja

Wróżenie z chipa Pamięć oparta na DNA Przykłady zastosowań Komputery przyszłości

Technologia

Błyskawiczna analiza Komputerowe przetwarzanie wyników Od 20 tys. do 400 tys. fragmentów DNA

Rodzaje DNA-chipów

Analiza znanych już sekwencji Analiza dowolnych fragmentów DNA Śledzenie aktywności genów

Maszyneria

Zastosowania DNA - chipów

Badania naukowe Badania procesów chorobowych Poszukiwanie nowych leków

Możliwości DNA - chipów

Wykrycie źródeł tajemniczych chorób Poznanie sekretu długowieczności i inteligencji Badania nad nowymi lekami Diagnostyka medyczna Analiza profilu genetycznego

Plan prezentacji

Sekrety podwójnej helisy Chipowa rewolucja Wróżenie z chipa

Pamięć oparta na DNA Przykłady zastosowań Komputery przyszłości

Pamięć oparta na DNA

Sekwencje A,T,C,G – jeden bit to jedna litera Nieprawdopodobna gęstość zapisu

– DNA o długości 1 cm zawiera ponad 1 Mb informacji– W 1 mm3 mieści się 10 miliardów takich DNA– W łebku szpilki można pomieścić 100 000 razy

więcej danych niż na dysku 100 Gb.

Pamięć oparta na DNA

Kopiowanie informacji– Analogia do replikacji DNA przy podziale komórki– Metoda PCR

Organizacja pamięci– Tradycyjna: adresowa– Biologiczna: skojarzeniowa

Pamięć oparta na DNA

Wyszukiwanie informacji– Miliony kopii każdej informacji w postaci DNA– Rozdzielenie helisy DNA na dwie wstęgi– Krótki fragment z przygotowanym wzorcem i

„magnesikiem”– Połączenie się fragmentu z odpowiadającą mu

cząstką DNA– Wyciągnięcie cząstki DNA „magnesikiem”

Plan prezentacji

Sekrety podwójnej helisy Chipowa rewolucja Wróżenie z chipa Pamięć oparta na DNA

Przykłady zastosowań Komputery przyszłości

Zastosowania komputerów genetycznych

Przeszukiwanie rozległych przestrzeni rozwiązań– Łamanie szyfrów, np. DES

Analiza genetyczna DNA– Diagnoza chorób genetycznych wywołanych przez

mutacje– Analiza sekwencji genów– Śledzenie aktywności genów

Plan prezentacji

Sekrety podwójnej helisy Chipowa rewolucja Wróżenie z chipa Pamięć oparta na DNA Przykłady zastosowań

Komputery przyszłości

Komputery przyszłości

Granica wydajności tradycyjnych urządzeń Nowe problemy do rozwiązania Kierunki badań

– Komputer kwantowy– Komputer optyczny– Komputer biologiczny

Źródła

Wiedza i Życie nr 2 / 2000 Wiedza i Życie nr 11 / 2000 www.open-mind.pl

Komputer genetyczny

Dziękujemy za uwagę