1. Komputer genetyczny
Mikołaj Olszewski
Michał Żelazowski

2. Cel prezentacji
 Przedstawienie
zastosowań i możliwości DNA
w technologii
 Ukazanie powiązań genetyki z informatyką
 Zarysowanie przyszłości komputerów

3. Korzyści dla słuchaczy
 Zdobycie
podstaw wiedzy o genetyce i DNA
 Poznanie najnowszych trendów w rozwoju
komputerów
 Nowe spojrzenie na technologię komputerową
 Materiały dodatkowe

4. Plan prezentacji
 Sekrety
 Chipowa
podwójnej helisy
rewolucja
 Wróżenie z chipa
 Pamięć oparta na DNA
 Przykłady zastosowań
 Komputery przyszłości

5. DNA
 Cząstka
odkryta w 1952 przez
Jamesa Watsona i Francisa Cricka
 Kod genetyczny wszystkich żywych
organizmów
 Powtarzające się cztery nukleotydy
–
–
–
–
Adenina (A)
Cytozyna (C)
Guanina (G)
Tymina (T)

6. Podwójna helisa

7. Kod DNA
 Czteroliterowy
kod
genetyczny: A, T, C, G
 Wydajniejsze kodowanie
informacji w porównaniu
z binarnym
 Wzajemne oddziaływania
nukleotydów
–
–
A⇔T
C⇔G

8. DNA – nośnik informacji
 Ważna
kolejność
 Odpowiednik pamięci masowej
 Informacja:
- o budowie białek
- o funkcjonowaniu białek
 Złamanie
kodu genetycznego
w latach 60-tych

9. 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

10. 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

11. Plan prezentacji
 Sekrety
podwójnej helisy
 Chipowa
 Wróżenie
rewolucja
z chipa
 Pamięć oparta na DNA
 Przykłady zastosowań
 Komputery przyszłości

12. DNA-chipy
 DNA
zamiast tranzystorów
 Komplementarność nici
 Hybrydyzacja
 Pionier i potentat Affymetrics
 Twórcy technologii:
Steven Fodor i Lubert Stryer

13. Jak powstają DNA-chipy?

14. Jak powstają DNA-chipy?

15. Jak powstają DNA-chipy?

16. Jak powstają DNA-chipy?

17. Jak działa DNA-chip?

18. Plan prezentacji
 Sekrety
podwójnej helisy
 Chipowa rewolucja
 Wróżenie
 Pamięć
z chipa
oparta na DNA
 Przykłady zastosowań
 Komputery przyszłości

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

20. Rodzaje DNA-chipów
 Analiza
znanych już sekwencji
 Analiza dowolnych fragmentów DNA
 Śledzenie aktywności genów

21. Maszyneria

22. Zastosowania DNA - chipów
 Badania
naukowe
 Badania procesów chorobowych
 Poszukiwanie nowych leków

23. Możliwości DNA - chipów
 Wykrycie
źródeł tajemniczych chorób
 Poznanie sekretu długowieczności i inteligencji
 Badania nad nowymi lekami
 Diagnostyka medyczna
 Analiza profilu genetycznego

24. Plan prezentacji
 Sekrety
podwójnej helisy
 Chipowa rewolucja
 Wróżenie z chipa
 Pamięć
oparta na DNA
 Przykłady
zastosowań
 Komputery przyszłości

25. 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.

26. Pamięć oparta na DNA
 Kopiowanie
–
–
Analogia do replikacji DNA przy podziale komórki
Metoda PCR
 Organizacja
–
–
informacji
pamięci
Tradycyjna:
Biologiczna:
adresowa
skojarzeniowa

27. 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”

28. Plan prezentacji
 Sekrety
podwójnej helisy
 Chipowa rewolucja
 Wróżenie z chipa
 Pamięć oparta na DNA
 Przykłady
 Komputery
zastosowań
przyszłości

29. 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

30. Plan prezentacji
 Sekrety
podwójnej helisy
 Chipowa rewolucja
 Wróżenie z chipa
 Pamięć oparta na DNA
 Przykłady zastosowań
 Komputery
przyszłości

31. Komputery przyszłości
 Granica
wydajności tradycyjnych urządzeń
 Nowe problemy do rozwiązania
 Kierunki badań
–
–
–
Komputer kwantowy
Komputer optyczny
Komputer biologiczny

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

33. Komputer genetyczny
Dziękujemy za uwagę