Римма

Клетка как биокомпьютер реферат

Именно тогда Леонард М. Но как мы можем контролировать правильность выбора этой функции? Возникла индустриальная молекулярная биология, в которой применение компьютерных технологий является необходимым условием и предусматривается уже на стадии планирования эксперимента. Взяв нейроны улитки, они закрепили их на кремниевом чипе при помощи микроскопических пластмассовых держателей на фото. Банки постоянно обмениваются данными и, в этом смысле, практически равноценны, однако средства работы с ними, разрабатываемые в Центре биотехнологической информации США и Европейском институте биоинформатики, различны.

Возможностями биокомпьютеров заинтересовались и военные. Американское агентство по исследованиям в области обороны выполняет проект, получивший название Biological Computations, биологические вычисления.

Его цель — создание мощных вычислительных систем на основе ДНК. Попутно исследователи надеются научиться управлять процессами взаимодействия белков и генов. Для этого планируется создать мощный симуляторспособный средствами машинной графики визуализировать биомолекулярные процессы.

Программа рассчитана на пять лет.

Русские костюмы народные докладДоклад о жорже клемансо
Курсовая работа сестринский уход при пневмонияхТемы рефератов на лингвистическую тему
Реферат на тему швеяРеферат татищев и урал
Гостиничное дело курсовые работыКультура здоровья и вредные привычки реферат

Ученые Колумбийского университета НьюЙорка и университета Нью-Мексико сообщили о создании ДНК-компьютера, способного проводить самую точную и быструю диагностику таких вирусов, как вирус Западного Нила, куриного гриппа и др. Они представили первую интегральную ДНК-схему со средней степенью интеграции, которая на данный момент является самым быстрым устройством такого типа.

Пока что такие компьютеры могут применяться исключительно в научных целях, в частности в медицине, биологических исследованиях клетка как биокомпьютер реферат др. Интересно отметить, что ученые уже успели поиграть со своим новым детищем в сложные крестики-нолики. Машина в большинстве случаев обыграла своих создателей.

Еще одним интересным направлением является создание клеточных компьютеров. Клеточные процессоры клетка как биокомпьютер реферат собой самоорганизующиеся колонии различных "умных" микроорганизмов, в геном которых удалось включить некую логическую схему, которая могла бы активизироваться в присутствии определенного вещества.

Клетка как биокомпьютер реферат 2181

Для этой цели идеально подошли бы бактерии. Такие компьютеры очень дешевы в производстве. Им не нужна столь стерильная атмосфера, как при производстве полупроводников.

И единожды запрограммировав клетку, можно легко и быстро вырастить тысячи клеток с такой же программой. Один из перспективных кандидатов на роль вычислительных элементов в компьютере — бактерия под названием бактерия кишечной палочки.

С ее помощью ученые создали концепт вычислительной системы, решающий классическую математическую головоломку о подгоревших блинчиках, известную как известную нам как Ханойская Башня. Суть ее состоит в следующем. Имеется стопка разного размера блинчиков, каждый из которых хорошо приготовлен с одной стороны, и подгорел — клетка как биокомпьютер реферат.

Клетка как биокомпьютер реферат 2547836

Задача состоит в сортировке стопки таким образом, чтобы самый большой блин был внизу, а самый маленький — наверху, при этом все блины должны лежать подгоревшей стороной. Необходимо добиться этого за минимальное число шагов, при этом за один шаг можно только взять как эссе рефлексию или несколько последовательных блинов и перевернуть их в стопке.

На самом деле эта "незатейливая" головоломка из комбинаторики демонстрирует одну из основных функций, которую выполняют компьютеры, — обработку больших массивов информации с помощью перестановки транспонирования порций данных chunks of data.

Программа последовательно перебирает все варианты решения, находя самый оптимальный, что приводит к огромным потерям времени и реферат решения. В случае с биологическим компьютером множество перестановок происходит одновременно, увеличивая скорость вычисления в разы. Аналогичный эффект удалось реализовать доктору Хейнес и её коллегам — путём комбинирования различных генов и их перестановки.

В как эксперимента отдельные участки ДНК играли роль блинов. С помощью специально добавленного фермента экспериментаторы добились возможности влиять на перестановку этих участков в зависимости клетка реакции на антибиотик тетрациклин. Но самое главное: учёным удалось расположить "вставки" таким образом, что активность гена, ответственного за устойчивость к антибиотику, проявлялась только тогда, когда все блоки ДНК выстраивались в заданной последовательности.

Микросхема, изготовленная Питером. Главной биокомпьютер при создании нейрочипов всегда была сложность фиксации нервных клеток на месте. Когда клетки начинают образовывать соединения друг с другом, они неизбежно смещаются. На этот раз учёным удалось избежать. Взяв нейроны улитки, они закрепили их на кремниевом чипе при помощи микроскопических пластмассовых держателей. В итоге каждая клетка оказалась соединена как с соседними клетками, так и с чипом.

Подавая через чип на определённую клетку реферат импульсы, можно управлять всей системой.

Генетические и клеточные биокомпьютеры

В работе обычной микросхемы используют отдельные молекулы в качестве элементов вычислительного тракта. В микросхеме памяти информация записывается с помощью положения молекул и атомов в пространстве. Одним из видов молекулярных компьютеров можно назвать ДНК-компьютервычисления в котором соответствуют различным реакциям между фрагментами ДНК.

Клетка как биокомпьютер реферат 1932058

От классических компьютеров ДНК-компьютеры отличаются тем, что химические реакции происходят сразу между множеством молекул независимо друг от друга.

Создавая технику, человек всегда сравнивал себя с ней, имел возможность посмотреть на себя как бы со стороны. При развитии кибернетики и создании ЭВМ ученые пришли к мысли о подобии человека и машины, способной выполнять информационные функцииматематические выражениялогические операциинакопление числовых, текстовых, звуковых и художественно-графических данных. Искусственный компьютер становится человеку соперником и союзником по интеллекту. Однако образование одних связей клетка как биокомпьютер реферат стереохимических соображений делает невозможным образование других, то есть не все комбинации межнуклеотидных связей в молекуле РНК допустимы правила конфликтов между связями известны.

Биокомпьютер

Требуется для данной нуклеотидной последовательности найти наиболее стабильную вторичную структуру, т. Эта задача может быть переформулирована как задача построения графа точнее - гиперграфасм.

Однако появляющиеся ограничения на вид графа весьма экзотичны с точки зрения небиологических приложений. Другой пример задачи, не имеющей смысла вне биологического контекста, -распознавание кодирующих фрагментов ДНК, рассмотренное в статье Михаила Гельфанда.

Такие компьютеры очень дешевы в производстве. Похожие презентации:. Что же до классической науки, то тут возможности применения чипов безграничны.

Вторичная структура участка бактериофага Qb основание. Сплошные линии проведены между парами оснований, связанных водородными связями. С алгоритмической точки зрения задача практически не меняется. Полезно учитывать и вклад нуклеотидов, не участвующих в образовании водородных связей.

Ограничения на множество допустимых наборов связей, принятые в задаче аслишком строгие.

Цитология - наука, изучающая клетку. Видеоурок по биологии 9 класс

Различные формальные постановки задач, лучше отражающие биологическую реальность, приводят к существенному усложнению алгоритма. Это также можно решить методом динамического программирования.

Показательна самая старая и, наверное, самая популярная задача анализа биологических последовательностей - их выравнивание. Выравнять две последовательности - это изобразить их друг над другом, вставляя в обе пробелы так, чтобы сделать их длины равными.

Такой способ изображения последовательностей широко распространен в молекулярной биологии. Предполагается, что выравнивание отражает эволюционную историю, то есть стоящие друг под другом символы соответствуют одному и тому же символу последовательности-предка.

Клетка как биокомпьютер реферат 8188

К сожалению, мы не знаем, как именно шла эволюция последовательностей. Но как мы можем контролировать правильность выбора этой функции? К счастью. В качестве эталонных можно взять выравнивания, соответствующие наилучшему возможному совмещению их пространственных структур такие структуры известны для нескольких сотен белков.

Это связано с тем, что функционирование белка в клетке определяется прежде всего его пространственной структурой и можно ожидать, что аминокислоты, лежащие в сходных местах трехмерной структуры, соответствуют одним и тем же аминокислотам предкового белка.

При этом фиксируется набор редактирующих операций например, замена символа, вставка символа и удаление символа и для каждой операции фиксируется цена. Тогда каждое выравнивание получает свою цену, определяемую как сумма цен отдельных операций. Лучшим считается то, которое имеет наименьшую цену. Довольно скоро выяснилось, что для выравнивания биологических последовательностей клетка как биокомпьютер реферат эту естественную схему необходимо внести ряд важных изменений.

Дело в том, что разные аминокислоты различны по-разному. Например, аланин и валин очень похожи по своим свойствам и цена замены аланина на валин должна быть небольшойи они оба совершенно не похожи на триптофан. Так, триптофан - редок, и сопоставление двух триптофанов более ценно, чем сопоставление весьма распространенных аланинов.

Таким образом, оптимальное выравнивание - клетка как биокомпьютер реферат выравнивание, имеющее наибольший вес в то время как цена требовалась наименьшая. Далее, пусть штраф за удаление или вставку символа Переход от минимизации цены к максимизации качества, - это не только технический трюк. На языке максимизации качества естественно ставится задача о поиске оптимального локального сходства.

Таким образом, следующим этапом в получении результата на приготовленном биочипе является биохимическая реакция, в процессе которой один или несколько образцов ДНК или РНК, полученные из клеток, ткани или органа, метятся одним или несколькими флуоресцентными красителями и гибридизуются связываются с материалом, напечатанным на биочипе. Остается только синтезировать и выделить такую молекулу ДНК.

Эта задача соответствует сравнению двух белков, которые в ходе эволюции стали совсем непохожи - везде, кроме относительно короткого участка. Алгоритм построения оптимального выравнивания основан на методе динамического программирования, введенном в широкую практику Ричардом Клетка как биокомпьютер реферат в Идея метода состоит в следующем: чтобы решить основную задачу, нужно придумать множество промежуточных и последовательно их решить в каком порядке - отдельный вопрос.

Множество промежуточных задач удобно представлять в виде ориентированного ациклического графа. Его вершины соответствуют промежуточным задачам, а ребра указывают на то, результаты решений каких промежуточных задач используются для основной. Таким образом, исходная задача сводится к поиску оптимального пути в графе 2 подробнее о методе динамического программирования клетка как биокомпьютер реферат.

Computation of biopolymers: a general approach to different problems. Аналогично можно переформулировать различные варианты задач выравнивания, предсказания вторичной структуры РНК и белков, поиска белок-кодирующих областей ДНК и других важных проблем биоинформатики. При построении оптимального выравнивания мы рассматриваем простейший случай, когда удаление и вставка отдельных символов штрафуются независимо промежуточные задачи - это построение оптимальных выравниваний начальных фрагментов исходных последовательностей.

ДНК - это квантовый биокомпьютер. Режиссер Царёва

При этом задачи нужно решать в порядке возрастания длин фрагментов. Н а двух примерах - распознавания вторичной структуры РНК бегло и выравнивания белковых последовательностей более подробно мы проследили за эволюцией постановок задач в биоалгоритмике.

Упомянем кратко еще несколько аспектов.

Реферат: «Биокомпьютеры»

Пожалуй, с практической точки зрения самым важным является поиск в базах данных последовательностей, сходных с изучаемой. Определяющую роль начинают играть проблемы вычислительной эффективности, решаемые, в частности, с применением алгоритмов хеширования. Для предсказания пространственной структуры белков важны алгоритмы выравнивания последовательности со структурой при этом используется тот факт, что из-за разницы физико-химических свойств аминокислоты встречаются с разной частотой на поверхности белка и в структурном ядре.

Наконец, мы полностью оставили в стороне задачи построения эволюционных деревьев по белковым последовательностям. Computational Molecular Biology. An Algorithmic Approach. Она синтезируется специальным ферментом, использующим в качестве образца одну из цепей ДНК, и комплементарна.

Именно на молекуле РНК в клетке, как на матрице, с помощью специальных ферментов и вспомогательных факторов происходит синтез белков. Единицей генетического кода — кодоном — является последовательность из трех нуклеотидов.

Ученые решили попытаться по примеру природы использовать молекулы ДНК для хранения и обработки данных в биокомпьютерах. Суть ее в том, чтобы найти маршрут движения с заданными точками старта и финиша между несколькими городами в данном случае семьюв каждом из которых разрешается побывать только один. Эта задача решается прямым перебором, однако при увеличении числа клетка как сложность ее возрастает экспоненциально. Каждый город Эдлмен идентифицировал уникальной последовательностью из 20 нуклеотидов.

Тогда путь между любыми двумя городами будет состоять из второй половины кодирующей биокомпьютер реферат для точки старта и первой половины кодирующей последовательности для точки финиша молекула ДНК, как и вектор, имеет направление. Синтезировать такие последовательности современная молекулярная аппаратура позволяет очень. В итоге последовательность ДНК с решением составит нуклеотидов 7x Остается только синтезировать и выделить такую молекулу ДНК.

Для этого в пробирку помещается около триллионов молекул ДНК, содержащих все возможные нуклеотидные последовательности, кодирующие города и пути между. Далее за счет взаимного притяжения нуклеотидов А-Т и G-C отдельные цепочки ДНК сцепляются друг с другом случайным образом, а специальный фермент лигаза сшивает образующиеся короткие молекулы в биокомпьютер реферат крупные образования.

При этом синтезируются молекулы ДНК, воспроизводящие все возможные маршруты между городами.

Нужно лишь выделить из них те, что соответствуют искомому решению. Эдлмен решил эту задачу биохимическими методами, последовательно удалив сначала цепочки, которые не начинались с первого города — точки старта — и не заканчивались местом финиша, затем те, что содержали более семи городов или не содержали хотя бы. Легко понять, что любая из оставшихся после такого отбора молекула ДНК представляет собой решение задачи.