Actualización de computación biológica en 2021

 


Las computadoras biológicas están diseñadas para ser utilizadas para las aplicaciones médicas, son tipos especiales de microcomputadoras, son los dispositivos implantables que se utilizan para las tareas como monitorear las actividades del cuerpo o inducir efectos terapéuticos, todo a nivel molecular o celular, Muchas aplicaciones de resolución de problemas biológicos y biomédicos se remontan a los inicios de la informática,  teoría de autómatas y biología matemática.

El desarrollo de biocompenos ha sido posible gracias a la expansión de la nueva ciencia de la nanobiotecnología. El término nanobiotecnología se puede definir de múltiples maneras; en un sentido más general, la nanobiotecnología se puede definir como cualquier tipo de tecnología que utiliza tanto materiales a nanoescala (es decir, materiales que tienen dimensiones características de 1-100 nanómetros) como materiales de base biológica. Una definición más restrictiva ve la nanobiotecnología más específicamente como el diseño y la ingeniería de proteínas que luego se pueden ensamblar en estructuras funcionales más grandes La implementación de la nanobiotecnología, tal como se define en este sentido más estricto, proporciona a los científicos la capacidad de diseñar sistemas bimoleculares específicamente para que interactúen de una manera que en última instancia pueda resultar en la funcionalidad computacional de una computadora.

 

La computadora es el dispositivo electrónico que se utiliza para almacenar, manipular y comunicar la información, realizar cálculos complejos o controlar o regular los otros dispositivos o máquinas, puede recibir la información y procesarla de acuerdo con instrucciones de procedimiento variable.

La biocomplacción es uno de los nuevos campos en la investigación que se ocupa de la informática y la biología, esto permite al investigador construir una serie de datos en consecuencia, El desarrollo de las biocompladoras ha sido posible gracias a la expansión de la nueva ciencia de la nanobiotecnología, El término nanobiotecnología se puede definir de múltiples maneras.

El desarrollo de biocompenos ha sido posible gracias a la expansión de la nueva ciencia de la nanobiotecnología. El término nanobiotecnología se puede definir como cualquier tipo de tecnología que utiliza tanto materiales a nanoescala como materiales de base biológica.

La nanobiotecnología también se puede definir como el diseño y la ingeniería de proteínas que luego se pueden ensamblar en una estructura funcional más grande. La implementación de la nanobiotecnología proporciona a los sistemas bimoleculares ingeniería específicamente para que interactúen con la computadora de una manera que en última instancia pueda resultar en la funcionalidad computacional.

Una bio computadora consiste en una serie de vías metabólicas que involucran materiales biológicos que están diseñados para comportarse de cierta manera en función de la condición del sistema. La vía resultante de reacciones que tiene lugar constituye una salida, que se basa en el diseño de ingeniería de la bio computadora y puede interpretarse como una forma de análisis computacional.

Tres tipos distinguibles de biocompatibles incluyen

1. Computadoras bioquímicas:


Las computadoras bioquímicas utilizan la inmensa variedad de bucles de retroalimentación que son característicos de las reacciones químicas biológicas para lograr la funcionalidad computacional. Los sistemas biológicos toman muchas formas, y muchos factores diferentes pueden proporcionar retroalimentación positiva y negativa a un proceso bioquímico en particular, causando un aumento en la producción química o una disminución en la producción química. Tales factores pueden incluir la cantidad de enzimas catalíticas presentes, la cantidad de reactivos presentes, la cantidad de productos presentes y la presencia de moléculas que se unen y, por lo tanto, alteran la reactividad química de cualquiera de los factores.

2. Ordenadores biomecánicos:

En las computadoras biomecánicas, la forma mecánica de una molécula específica o conjunto de moléculas bajo un conjunto de condiciones iniciales sirve como salida. Las computadoras biomecánicas se basan en la naturaleza de moléculas específicas para adoptar ciertas configuraciones físicas bajo ciertas condiciones químicas.

3. Ordenadores bioelectrónicos:

En las computadoras de bioelectrónica, la salida medida es la naturaleza de la conductividad eléctrica que se observa en la computadora de bioelectrónica. Esta salida se compone de biomoléculas específicamente diseñadas que conducen la electricidad de maneras altamente específicas basadas en las condiciones iniciales que sirven como entrada del sistema de bioelectrónica.

Sin embargo, existen desventajas y ventajas de la computación biológica. El beneficio de las computadoras biológicas incluye lo siguiente:

Los organismos vivos llevan a cabo procesos físicos complejos bajo la dirección de la información digital, el ADN fue reconocido como la molécula más importante de la naturaleza viva, la capacidad de almacenar miles de millones de datos es una característica importante del ADN y, por lo tanto, de la computación biológica.

También el proyecto genoma humano es un esfuerzo a nivel internacional, es una investigación dirigida a crear un mapa del ADN humano, la genética molecular es la mejor manera de entender este proyecto, los genetistas han utilizado una técnica llamada análisis de vinculación para determinar con qué frecuencia se heredan diferentes formas de dos rasgos variables juntos.

Los contras y desventajas de la computación biológica incluyen que muchos problemas, como los cálculos de interacción de muchos cuerpos y la mecánica estadística de los procesos biológicos, se beneficiarán del creciente acceso a la nueva generación de supercomputadoras. La diversidad y complejidad de las aplicaciones informáticas en la biología y la medicina.

Más bien, las operaciones moleculares no son perfectas. La computación del ADN implica una cantidad relativamente grande de errores. A medida que crece el tamaño del problema, la probabilidad de recibir una respuesta incorrecta eventualmente se vuelve mayor que la probabilidad de recibir la respuesta correcta.

A veces hay errores en el emparejamiento de las hebras de ADN. Problemas simples resueltos más rápido en computadoras electrónicas. Se requiere la asistencia humana. Sin la supervisión de un tercero como el ser humano se convertirá en un resultado que termina en error. Los procedimientos de laboratorio que consumen mucho tiempo y ningún método universal de representación de datos y el ADN tienen una vida media.

En conclusión, se han diseñado muchos ejemplos de computadoras biológicas simples, pero las capacidades de estas computadoras biológicas son muy limitadas en comparación con las computadoras no bio disponibles comercialmente. Algunas personas creen que las computadoras biológicas tienen un gran potencial, pero esto aún no se ha demostrado.

El potencial para resolver problemas matemáticos complejos utilizando mucha menos energía que las supercomputadoras electrónicas estándar, así como para realizar cálculos más confiables simultáneamente en lugar de secuencialmente. Motiva el desarrollo de computadoras biológicas escalables, y varias agencias de financiamiento están apoyando estos esfuerzos.

4. Bioordenadores basados en red


En la biocómputo basada en redes, los agentes biológicos autopropulsados, como las proteínas motoras moleculares o las bacterias, exploran una red microscópica que codifica un problema matemático de interés. Las trayectorias de los agentes a través de la red y/o sus posiciones finales representan posibles soluciones al problema. Por ejemplo, en el sistema descrito por Nicola et al., los filamentos motores moleculares móviles se detectan en las "salidas" de una red que codifica el problema NP-completo SUBSET SUM. Todas las salidas visitadas por filamentos representan soluciones correctas al algoritmo. Las salidas no visitadas no son soluciones. Las proteínas de motilidad son actina y miosina o kinesis y microtúbulos. La miosina y la kinesis, respectivamente, están unidas a la parte inferior de los canales de la red. Cuando se agrega trifosfato de adenosina (ATP), los filamentos o microtúbulos de actina se impulsan a través de los canales, explorando así la red. La conversión de energía de energía química (ATP) a energía mecánica (motilidad) es altamente eficiente en comparación con, por ejemplo, la computación electrónica, por lo que la computadora, además de ser masivamente paralela, también utiliza órdenes de magnitud menos energía por paso computacional.

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