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Puertas lógicas que hacen más fácil la computación con ADN
Los ordenadores fabricados a partir del ADN se beneficiarán de un gran avance en el diseño, que les ayudará a realizar cálculos complejos, y también podría dar lugar a sensores biológicos para detectar enfermedades.
Hasta ahora, los ordenadores de ADN – que utilizan cadenas de moléculas de ADN para almacenar datos y procesarlos – se construyen básicamente de forma manual, sus diseñadores eligen las estructuras de ADN exactas necesarias para los circuitos lógicos precisos para el cálculo. Ahora, Lulu Qian y Winfree Erik en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena (EE.UU.) han desarrollado nuevas puertas lógicas «see-saw» que permiten automatizar el proceso, por lo que es posible construir circuitos mucho más grandes.
Los investigadores utilizaron estas puertas para construir un circuito que calcula la raíz cuadrada de 0, 1, 4 y 9. Se compone de 130 cadenas de ADN, la mayor construida en un tubo de ensayo. «Esto en sí mismo no es el logro – sino que es una especie de confirmación de los principios en que nuestros diseños se basan», indica Winfree. «Si se puede conseguir un circuito para hacer algo tan arbitrario y ajeno a la química como calcular la raíz cuadrada, a continuación, probablemente se podrán conseguir circuitos de ADN para hacer cualquier cosa.»
Fuera de la edad del código máquina
Su enfoque imita el desarrollo de los ordenadores convencionales basados en el silicio, que fueron programadas originalmente en código máquina, un conjunto de bajo nivel de instrucciones tan detalladas que es casi imposible de leer para los seres humanos. Los ingenieros de software utilizan modernos lenguajes de programación de alto nivel de y la ejecución a través de un software llamado compilador, que convierte los comandos en instrucciones de nivel adecuado a la electrónica de la computadora. Los programadores de ADN será ahora capaz de hacer lo mismo, con el diseño de sus circuitos en lógica de alto nivel sin tener que preocuparse acerca de las moléculas subyacentes. «Básicamente tenemos un compilador rudimentaria para los circuitos moleculares», dice Winfree.
Qian y Winfree afirman que sus puertas «see-saw» (sube y baja) fueron la clave para el desarrollo de su compilador. Actúan como interruptores, convirtiendo una señal de ADN a otra; un par puede realizar las operaciones lógicas Y (and) u O (or). La combinación de estas operaciones de una manera particular, conocida como la lógica de «dual rail» (rail dual), permite calcular efectivamente cualquier cosa con un circuito de ADN.
Hay algunas limitaciones, las señales no pueden viajar hacia atrás a lo largo del circuito, por lo que es imposible crear una memoria para almacenar valores. Winfree dice que debido a esta y otras limitaciones, muachos circuitos ADN seguirán por ahor siendo construidos «a mano».
«En cierto sentido, están abriendo la puerta a la materia programable 
«, Dice Martyn Amos , un experto en computación con ADN en el Manchester Metropolitan University (Reino Unido). Afirma que los ordenadores de ADN basados en el nuevo método es poco probable que sean rivales frente a sus homólogos de silicio, pero podrían ser mucho mejores en el análisis de materiales biológicos. «Usted puede imaginarse el introducir una muestra en un tubo, agitar y dejarlo reposar por unas horas. Eso es preferible que el envío a un laboratorio y pegarla en una máquina. »
Fuente: Sience , DOI: 10.1126/science.1200520
Un programa permite convertir nuestro nombre en una secuencia de ADN
Gracias a una herramienta creada por el European Bioinformatics Institute podemos convertir nuestro nombre en una secuencia de ADN y buscar a qué proteína se parecería más.
Aprovechando que los aminoácidos que forman las proteínas se escriben en clave de una sola letra, algunos científicos ha hecho literatura con sus investigaciones. Jugando con las secuencias de ADN pueden conseguir los aminoácidos que quieran y, por tanto, las letras que quieran. Bueno, no todas las letras están representadas ya que con el ADN tan sólo se generan 20 de estos aminoácidos. Letras como la Z, la U o la O no se pueden utilizar.
Pero también se puede hacer lo contrario gracias a una herramienta creada por el European Bioinformatics Institute podemos convertir nuestro nombre en una secuencia de ADN. No sólo eso, también podemos averiguar a qué proteína se parece más.
Fuente: laflecha.net
Almacenan 90 GB en ADN de bacterias
Los investigadores de Hong Kong (República Popular China) lo han denominado como un “sistema de almacenamiento en paralelo bacterial”, en el que utilizan módulos de encriptación de datos (opera randomizando secuencias de ADN) y módulos de lectura/escritura. Los investigadores esperan lograr desarrollar una especie de estándar para el almacenamiento de datos en células vivas.
Para lograr almacenar grandes cantidades de información en un tan reducido espacio los investigadores trabajaron en un nuevo método de codificación de los datos, de manera tal que gracias a esa reducción sea posible introducirla como ADN modificado
Lo interesante de la investigación es que ya han logrado almacenar 90 GB de información en un gramo de bacterias, aunque se muestran confiados en lograr almacenar hasta 2 TB en unos gramos de bacterias.
¿De qué me sirve utilizar una bacteria como método de almacenamiento?
Los investigadores creen que ha futuro será posible crear “discos biológicos” para el almacenamiento de datos. A su vez será posible insertar códigos de barra que puedan resultar útiles para la identificación entre organismos sintéticos y naturales.
Fuente: FayerWayer
Bajo licencia Creative Commons
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Enlaces de interés:
– Actualidad informática: Sistemas almacenamiento
– Biotecnología, un futuro prometedor para las TI
– Apuntes Informática Aplicada al Trabajo Social. UMU. Introducción al hardware
Venter: sintetizar un cromosoma «con cuatro botellas de productos químicos en un sintetizador que funciona con la información que le suministra un ordenador»
En los últimos días, los medios han difundido la publicación en Science de un trabajo del grupo de Craig Venter , del Instituto del mismo nombre con sedes en Rockville, Marylena, y San Diego, en California, en el que describen la síntesis del genoma de una bacteria y su inserción en otra bacteria del mismo género. Este mismo equipo ya había sintetizado un genoma bacteriano y, también, había transplantado el genoma de una bacteria en otra y, en este trabajo, unen ambas técnicas y crean lo que denominan una “célula sintética” aunque, para ser exactos, sólo es sintético el genoma que se inserta; la célula ya existía previamente.
Venter ha declarado que este estudio desarrolla una técnica que permite sintetizar un cromosoma “con cuatro botellas de productos químicos en un sintetizador que funciona con la información que le suministra un ordenador”. Utilizan micoplasmas tanto para la síntesis del cromosoma como para insertar el sintético. Ya habían secuenciado el genoma de Mycoplasma genitalium, la bacteria con el número de genes más pequeño capaz de crecer en el laboratorio. Sin embargo, tiene un crecimiento muy lento y para este trabajo eligen otros dos micoplasmas de crecimiento más rápido: Mycoplasma micoides como donante del cromosoma y Mycoplasma capricolum como receptor. Una vez sintetizado el cromosoma, se inserta en células del receptor que se comporta como la especie donante y se reproduce en el laboratorio. Sin que se sepa muy bien cómo, en el proceso se pierden 14 genes del donante.
Lo más interesante del trabajo y, además, que ofrece más perspectivas de futuro, es el método de síntesis del cromosoma artificial. El genoma de M. micoides tiene un cromosoma con, aproximadamente, un millón de bases, es decir, de pares de nucleótidos que son algo así como las letras que escriben la secuencia de genes que, en esta especie, son algo más de 500. Como comparación, nuestra especie tienen en todas las células excepto las reproductoras, 46 cromosomas con unos 6500 millones de pares de bases que codifican entre 20000 y 20500 genes.
Todavía nadie es capaz de secuenciar un genoma completo, ni siquiera el de estos micoplasmas que son las células más sencillas. Por ello, Venter y su grupo tuvieron que desarrollar una técnica por etapas. Lo primero, meter la secuencia completa en el ordenador y, a partir de los datos almacenados, construir y reconstruir el genoma completo como si fuera un complicado rompecabezas. Confeccionaron 1078 fragmentos de genoma (los llaman cassettes) cada uno con 1080 pares de bases. Los insertaron en células de levaduras (Saccharomyces , la levadura del pan) y de Escherichia coli (una bacteria que vive en nuestro tubo digestivo) que son capaces de unir esos fragmentos de diez en diez. Así se obtienen 110 cassettes de 10000 pares de bases cada uno. Y se repite el proceso cuatro veces hasta conseguir el genoma completo de un millón de bases. Una vez conseguido el genoma sintético es cuando se inserta en el otro micoplasma, el M. capricolum. Para distinguir el cromosoma sintético del cromosoma natural le insertan una serie de pares de nucleótidos que funcionan, como dicen en el artículo, como la marca de agua en el papel. El genoma sintético desplaza al natural y dirige la célula que se comporta como si fuera M. micoides.
De esta manera, el equipo de Craig Venter ha conseguido unir en una sola todas sus técnicas anteriores y, con ello, que una especie de micoplasma se transforme en otra por la acción de un cromosoma sintético.
*Gibson, D.G. y colaboradores & J.C. Venter. 2010. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science DOI: 10.1126/science.1190719
Fuente: La biología estupenda
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Enlaces de interés:
– La web de Maco048. Noticias criminología: ADN
– Apuntes Introduccion a la Informática. (GAP), la información
Simulan por primera vez a alta resolución cómo se despliega el ADN
Este es un proceso clave para entender la actividad de los genes y la replicación del ADN y, en un futuro, diseñar fármacos para modularlas.
La separación de las dos hebras del ADN es un proceso que ocurre en millonésimas de segundo, lo que dificulta enormemente su estudio experimental, haciendo necesaria la simulación computacional. Tras cuatro años de puesta a punto de un modelo físico efectivo y el uso masivo del supercomputador Mare Nostrum, investigadores del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y el Centro de Supercomputación de Barcelona (BSC) han logrado realizar la primera simulación realista de la apertura del ADN a alta resolución. Los investigadores Modesto Orozco, jefe del grupo de Modelización y bioinformática del IRB Barcelona, Catedrático de Bioquímica de la UB y director del Departamento de Ciencias de la Vida del BSC, y Alberto Pérez, investigador Juan de la Cierva en el BSC, actualmente en la Universidad de California San Francisco (Estados Unidos), publican los resultados en la revista líder mundial en química, Angewandte Chemie.
Alberto Pérez explica que “gran parte de las funciones del ADN se dan al separarse sus dos cadenas cuando, por ejemplo, se tiene que replicar durante la división celular o en procesos de reparación. Con este estudio proponemos un mecanismo para este proceso, que a su vez, guiará a nuevos experimentos para su corroboración final”.
Los investigadores han estudiado un fragmento pequeño de ADN, de 12 pares de bases (el genoma humano tiene unos 3000 millones de pares de bases), y han obtenido 10 millones de fotos estructurales que muestran la película de cómo se despliega. En este proceso han revelado dos rutas principales que llevan del estado de su estructura natural plegada a la forma desplegada. “Este proyecto”, explica Orozco, “es parte de un objetivo mayor del laboratorio: intentar comprender los cambios que sufre la estructura del ADN según los procesos biológicos que ocurren dentro de la célula, como la expresión y represión de genes o la replicación o transcripción del ADN”.
El ADN contiene la información genética de los seres vivos y su estructura de doble hélice fue descubierta hace ya más de 50 años por Watson y Crick. El ADN y las proteínas que lo modifican son las dianas terapéuticas más importantes en diversas patologías y de manera especial en cáncer. El trabajo del IRB Barcelona proporciona una visión detallada del mecanismo por el cual tiene lugar uno de los procesos más importante en el ADN y abre nuevas expectativas sobre la conexión entre propiedades físicas, funcionalidad y efecto farmacológico. El objetivo último es que la suma de nuevos avances conviertan al ADN en una diana farmacológica universal.
Artículo de referencia: Real-time Atomistic Description of DNA Unfolding. Alberto Pérez and Modesto Orozco.
Angewandte Chemie (2010). doi: 10.1002/ange.201000593
Angewandte Chemie – International Edition (2010) doi: 10.1002/anie.201000593
Fecha Original: 20 de mayo de 2010
Enlace Original
Fuente: Ciencia Kanija
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Enlaces relcioandos:
– Se pone en marcha la Red Española de Supercomputación al servicio de la investigación
– La aplicación informática LIMS pone orden en la ciencia forense
– Apuntes Introduccion a la Informática (GAP). La Información
– La web de Maco048. Noticias: ADN
Ordenador de ADN (DNA)
Científicos israelíes han diseñado un equipo que puede realizar 330 billones de operaciones por segundo, más de 100000 veces la velocidad del PC actual más rápido. El secreto: se ejecuta el trabajo en el ADN (DNA).
El año pasado, investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot, Israel, dieron a conocer una máquina de computación programable molecular, compuesta de enzimas y moléculas de ADN en lugar de los «chips» de silicio. Ahora, el equipo ha ido un paso más allá. En el nuevo dispositivo, la molécula de ADN que proporciona al equipo la entrada de datos también ofrece todo el combustible necesario.
El diseño se considera un paso de gigante en la informática de ADN. «Guinness World Records» reconoció la semana pasada el equipo como «el dispositivo más pequeño de la informática biológica» jamás construido. La computación de ADN está en su infancia, y sus consecuencias apenas están comenzando a ser exploradas. Sin embargo, podría transformar el futuro de las computadoras, especialmente en aplicaciones farmacéuticas y biomédicas.
Siguiendo a la Madre Naturaleza
«Nanocomputadores» bioquímicos ya existen en la naturaleza, se manifiestan en todos los seres vivos. Pero son en gran medida incontrolables por el hombre. No podemos, por ejemplo, programar un árbol para calcular los dígitos de pi. The idea of using DNA to store and process information took off in 1994 when a California scientist first used DNA in a test tube to solve a simple mathematical problem. La idea de utilizar ADN para almacenar y procesar la información se inició en 1994, cuando un científico de California utilizó ADN en un tubo de ensayo para resolver un problema matemático simple.
Desde entonces, varios grupos de investigación han propuesto modelos de computadoras de ADN, pero esos intentos se han basado en una molécula de energía llamada ATP para el combustible. «Este nuevo diseño utiliza su entrada de ADN como fuente de combustible», dijo Ehud Shapiro, quien dirigió el equipo de investigación israelí.
Pensemos en el ADN como software y enzimas como el hardware. Póngalos juntos en un tubo de ensayo. La forma en que estas moléculas sufren reacciones químicas entre sí permite operaciones simples llevadas a cabo como un subproducto de las reacciones. Los científicos dicen los dispositivos se hacen mediante el control de la composición del ADN de las moléculas software. Es un enfoque completamente diferente a empujar los electrones en torno a un circuito de estado sólido en un ordenador convencional.
To the naked eye, the DNA computer looks like clear water solution in a test tube. A simple vista, la computadora de ADN se parece a una solución de agua clara en un tubo de ensayo. There is no mechanical device. No hay ningún dispositivo mecánico. A trillion bio-molecular devices could fit into a single drop of water. Un billón de dispositivos bio-molecular podría caber en una sola gota de agua. Instead of showing up on a computer screen, results are analyzed using a technique that allows scientists to see the length of the DNA output molecule. En lugar de mostrar en una pantalla de ordenador, los resultados se analizaron mediante una técnica que permite a los científicos para ver la longitud de la molécula de ADN de salida.
«Once the input, software, and hardware molecules are mixed in a solution it operates to completion without intervention,» said David Hawksett, the science judge at Guinness World Records. «Una vez que la entrada, el software, hardware y de las moléculas se mezclan en una solución que funciona hasta el final sin intervención», dijo David Hawksett, el juez de la ciencia en el Guinness World Records. «If you want to present the output to the naked eye, human manipulation is needed.» «Si usted quiere presentar el resultado a simple vista, la manipulación humana es necesaria.»
Actualmente, el equipo de ADN sólo puede realizar funciones elementales, y no tiene aplicaciones prácticas. «Nuestro equipo es programable, pero no es universal», dijo Shapiro. «Hay tareas de computación que inherentemente no puede ejecutar.»
los dispositivos de computación de ADN podrían revolucionar los campos farmacéutico y biomédico. Some scientists predict a future where our bodies are patrolled by tiny DNA computers that monitor our well-being and release the right drugs to repair damaged or unhealthy tissue. Algunos científicos predicen un futuro donde nuestros cuerpos son patrulladas por los ordenadores de ADN pequeños que vigilar nuestro bienestar y liberación de los medicamentos adecuados para reparar el tejido dañado o insalubres.
«Las Bio-computadoras Autónomas moleculares pueden ser capaces de trabajar como médicos en una celda, que opera dentro de las células vivas y detectar anomalías en el huésped», dijo Shapiro. «Consultando sus conocimientos médicos programados, los equipos podrían responder a las anomalías mediante la síntesis y liberación de fármacos.»
Información completa en: News National Geographics
Los ordenadores biomoleculares ya son capaces de ‘pensar’ lógicamente
Los ordenadores biomoleculares, hechos de ADN y otras moléculas biológicas, sólo existen en la actualidad en un puñado de laboratorios especializados, y están lejos de ser utilizados para el almacenamiento y gestión de datos común. Sin embargo, investigadores del Laboratorio del profesor Ehud Shapiro en el Instituto Weizzman han encontrado una forma de hacer esos dispositivos microscópicos de computación más fáciles de utilizar para los usuarios, incluso en la ejecución de cálculos complejos o en la respuesta a complicadas tareas.
Shapiro y su equipo crearon el primer dispositivo informático autónomo y programable basado en ADN en el año 2001. Este aparato microscópico fue capaz de realizar sencillos cálculos como chequear una lista de ceros y unos para determinar si había un nivel constante de unos. Una nueva versión, creada en 2004, pudo detectar cáncer en un tubo de ensayo y liberó una molécula para destruirlo. Pero además de para tantear la posibilidad de que tales aparatos basados en la biología puedan un día inyectarse en el cuerpo para curar enfermedades, los ordenadores moleculares pueden concebirse para realizar millones de cáculos en paralelo.
Ahora, Shapiro y su equipo, en un estudio publicado en Nature Nanotechnology, han diseñado un programa avanzado para ordenadores biomolecualres que les habilita para ‘pensar’ lógicamente, informa Science Daily.
La serie de deducciones utilizada para este dispositivo futurista resulta remarcablemente familiar. Primero se le planteó una simple proposición planteada por Aristóteles hace más de 2000 años: “Todos somos mortales. Sócrates es un hombre. Luego, Sócrates es mortal”. Tras asociar una regla (Todos los hombres son mortales) y un hecho (Sócrates es un hombre), la respuesta del bioordenador a la pregunta ¿es Sócrates mortal? fue correcta. Posteriormente, los investigadores sometieron al bioordenador a tareas más complicadas que implicaban distintas normas y hechos, y el dispositivo fue capaz de deducir las respuestas correctas en cada ocasión.
Al mismo tiempo, el equipo creó un compilador –un programa para conectar un alto nivel de lenguaje de programación y el código de computación de ADN–. A través de la compilación, la tarea encomendada podría ser definida en algo como esto: Mortal (Sócrates)?. Para computar la respuesta, varias filamentos de ADN que representan las normas, hechos y tareas fueron reunidas por un sistema robótico y se buscó una integración en un proceso jerárquico. La respuesta fue codificada en un flash de luz verde: algunos de las filamentos tenían una versión biológica de una señal luminosa que equiparon con una molécula fluorescente natural enlazada a una proteína que mantenía esa luz cubierta. Una enzima especializada, atraída al lugar de la respuesta correcta, retiraba esa cobertura y dejaba la luz brillar. Las pequeñas gotas de agua que contienen las bases de datos biomleculares fueron capaces de responder a tareas muy intrincadas, e iluminar una combinación de colores que representaban respuestas complejas.
Fuente: Ciencia al día
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Enlaces de interés:
– Apuntes Historia Informática. Rafael Barzanallana
El ADN podría usarse para almacenar datos varios
Científicos japoneses afirman que podría ser posible usar el ADN para almacenar textos, imágenes, música y otros datos digitales, durante miles de años en el interior de organismos vivos.
Masaru Tomita y sus colegas de la Universidad Keio en Tokyo afirman que los datos codificados en el ADN de un organismo, y heredados por cada nueva generación, podrían archivarse a salvo durantes cientos de miles de años, convirtiéndose en el medio de almacenamiento perfecto. En cambio, los CD-ROMs, las memorias flash y los discos duros pueden caer fácilmente, víctimas de accidentes o desastres naturales.
Los investigadores describen un método para copiar y pegar los datos, codificados en forma de ADN artificial, en el genoma del Bacillus subtilis, una bacteria común de suelo, “convirtiéndolos por ello en un almacenamiento de datos versatil, gracias a la robustez de la herencia de datos”.
Los científicos mostraron el método empleando una cadena del B. subtilus para almacenar el mensaje : “E=MC2 1905!” — la famosa ecuación de Einstein de 1905 sobre la equivalencia entre masa y energía.
“En nuestra opinión este método sencillo, flexible y robusto ofrece una solución práctica para el reto de la almacenamiento y recuperación de datos, en combinación con otras técnicas previamente publicadas”, relata el informe.
La publicación de la investigación está programada para la edición del 9 de abril de la revista Biotechnology Progress.
DNA might be used to store various data
Fuente:Maikelnai blog
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