Nanoordinateurs base d'ADN - PowerPoint PPT Presentation
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Nanoordinateurs base d'ADN
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Nous pr senterons deux nano-ordinateurs qui met profit les propri t s d'ADN: ... Il ajoute dans chacune des 8 cellules restantes une solution contenant un ... – PowerPoint PPT presentation
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Title: Nanoordinateurs base d'ADN
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Nano-ordinateurs à base d'ADN
- Porumbel Daniel
- Séminaire des Applications Statistiques et
Informatiques aux Sciences Médicales - Université de Lille 2, 29 juin 2005
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Motivations
- LADN est une molécule capable de traiter de
l'information - Nous présenterons deux nano-ordinateurs qui met à
profit les propriétés dADN - Le Plus Petit Ordinateur du Monde reconnu par
le Guinness Book comme le plus petit calculateur
biologique - Maya un ordinateur à ADN qui peut jouer morpion
(Tic Tac Toe) avec une joueur humain
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Description biologique ADN
- LADN est une longue molécule, constitué de
répétitions de nucléosides
- Les nucléosides sont formés d'un groupe phosphate
lié à un sucre, le désoxyribose, et à une base
azotée - A, T, C ou G.
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Description informatique ADN
- L'ADN a la fonction de coder linformation en
nature - Il représente la mémoire génétique d'une cellule
ou d'un organisme. - On peut considérer que les données sont
représentées en base 4 (A,T,C,G) - L'ADN d'une cellule contient 700 méga-octets
d'information.
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Description informatique ADN
- Par complémentarité chimique, les molécules dADN
ont des propriétés de pattern-matching
(identification) - Par exemple, l'adénine(A) se lie toujours à la
thymine(T), et la cytosine(C) à la guanine(G) - LADN est capable de reconnaître d'autres
molécules et de conduire de l'énergie et
linformation à distance
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Les ordinateurs à ADN
- Un processeur classique reçoit et envoie des
informations par du courant électrique - 1 signifie que le courant passe et 0 qu'il ne
passe pas - Dans lordinateur à ADN, les enzymes font office
de circuits électroniques. - Elles coupent les séquences d'ADN quand apparaît
une séquence spécifique composée des quatre
lettres.
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Le Plus Petit Ordinateur du Monde
- Il a été fabriqué par Ehud Shapiro et ses
collègues de l'Institut Weizmann en 2002 - Cest le premier nano-ordinateur composé
uniquement d'ADN et d'enzymes
- Il fait fonctionner une automate très simple, qui
ne peut prendre que deux états et distinguer deux
symboles
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Le Plus Petit Ordinateur du Monde
- L'entrée, la sortie et le "logiciel" se
compo-sent de molécules d'ADN - l'ordinateur utilise deux enzymes naturelles qui
manipulent l'ADN - Une fois mélangés dans une solution, le logiciel
et le matériel fonctionnent en harmonie sur la
molécule d'entrée pour créer la molécule de
sortie
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Les tâches de lordinateur
- Le nano-ordinateur peut être programmé pour
accomplir plusieurs tâches simples - On peut choisir différentes molécules de logiciel
à mélanger en solution - Les chercheurs ont implémenté plusieurs
automates - Le premier automate peut vérifier si une liste de
a et b a un nombre pair de a.
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Un pas du calcul
- L'entrée
- Le logiciel
- Laction
- La sortie finale
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Autres Remarques
- Un microlitre de cette solution pourrait faire 66
milliards d'opérations par secondes - une cuillère pleine équivaudrait à la puissance
de 100.000 PCs - Cet ordinateur peut préparer le terrain à de
futures machines qui seraient capables
dimplémenter nimporte quel automate - La machine de Turing est équivalente avec un
automate à état finis
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MAYA
- Cet ordinateur a été conçu en 2003 par deux
chercheurs aux États-unis (Columbia University) - Il met en application une version du morpion
(Tic Tac Toe) - Il utilise aussi les propriétés de lADN
concernant le pattern matching - LADN est capable de reconnaître d'autres
molécules et de répondre
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MAYA
- Maya est un automate cellulaire
- Chacune de ses "cellules" est remplie d'une
préparation d'enzymes particulière - Elles sont capable dentrer en réaction avec des
fragments spécifiques d'ADN - Chaque cellule se comporte comme une porte
logique chimique (le Logiciel du MAYA )
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Le jeu
- Maya joue toujours le premier coup Il marque la
cellule centrale de la grille 3 X 3 - Le joueur humain lui indique ensuite sa réponse
- Il ajoute dans chacune des 8 cellules restantes
une solution contenant un fragment d'ADN
particulier (parmi 8 possibles). - La réaction chimique entre l'ADN et la enzyme
présente dans la cellule produit une fluorescence
qui indique le choix de l'ordinateur
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Conclusion et perspectives
- En 2004, les chercheurs israéliens ont réussi à
programmer lordinateur à ADN de telle sorte
quil puisse repérer la présence de particuliers
cellules cancéreuses et délivrer en réponse une
molécule destinée à les détruire - Ils espèrent, à l'avenir, pouvoir créer un
docteur dans une cellule , capable d'agir dans
un corps vivant
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Conclusion et perspectives
- On peut imaginer pour l'avenir une machine plus
petite qu'une cellule humaine permettant à
l'homme d'entrer en interface avec les réseaux
autour de lui - Une autre possible application concerne aussi la
cryptographie ou, plus précisément le décryptage - une éprouvette peut contenir millions de
minuscules automates faits dADN qui peuvent
faire des milliards des opérations en parallèle
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Références
- Ehud Shapiro, Molecules and computation,
www.weizmann.ac.il/Biology/open_day/ book/ - Yaakov Benenson, Rivka Adar, Tamar Paz-Elizur,
Zvi Livneh, and Ehud Shapiro - DNA molecule
provides a computing machine with both data and
fuel - Milan N Stojanovic Darko Stefanovic A
deoxyribozyme-based molecular automaton - Michael Brenowitz, The Flow of Genetic
Information, - The National Human Genome Research Institute Web
Page, www.genome.gov/ - Mouse Genome Informatic, www.informatics.jax.org/m
gihome/other/glossary.shtml
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