Posts tagged "DNA"

O DNA das coisas

7 de janeiro de 2020 Posted by Tecnologia 0 thoughts on “O DNA das coisas”

Tecnologia em desenvolvimento permite armazenar em objetos instruções para que sejam replicados, servindo como o material genético para os seres vivos.

Seres vivos vêm se reproduzindo há milhões de anos na Terra graças a um segredo sofisticado da natureza: possuem em suas células as instruções exatas para gerar “cópias” que levem as características de sua espécie adiante no tempo. Por sua vez os objetos inanimados só podem ser replicados quando se dispõe das instruções exatas para sua fabricação e do conhecimento certeiro de seus componentes. É a desvantagem de não possuírem um DNA. Pelo menos por enquanto. 

Os pesquisadores Robert Grass e Yaniv Erlich estão trabalhando em uma possível solução para isso: “Com o método que estamos desenvolvendo, podemos integrar instruções de impressão 3D em um objeto, para que, após décadas ou mesmo séculos, seja possível obter essas instruções diretamente do próprio objeto”, explica Grass. 

O professor do Departamento de Química e Biociências Aplicadas da ETH Zurich desenvolveu uma forma de embutir em minúsculas contas de vidro uma espécie de “código de barras” passíveis de serem usados em diversos materiais, que podem servir como rastreadores em testes geológicos ou para identificar produtos de alta qualidade e distingui-los de falsificações, por exemplo. Por sua vez, Erlich trouxe um incremento ao modelo de Grass – capaz de armazenar no máximo 100 bits, ou seja, uma sequência com uma centena de algarismos 0 ou 1 – ao apresentar uma alternativa que em tese pode comportar até 215 mil terabytes de informações. 

O invento dos dois vem sendo chamado de “DNA das coisas”, pegando carona no badalado termo “Internet das Coisas” (do qual já falamos algumas vezes aqui no blog). 

Um dos testes consistiu na impressão em 3D de um coelho de plástico no qual foram inseridas suas instruções de impressão (cerca de 100 kilobytes de dados). “Assim como coelhos de verdade, nosso coelho também carrega seu próprio projeto”, comenta Grass. A equipe foi capaz de recuperar as informações de uma pequena parte do coelho e usá-las para imprimir um novo cinco vezes consecutivas, dando origem ao que seria o tataraneto do “coelho patriarca”.

A tecnologia também pode ser usada para ocultar informações em objetos do cotidiano, em uma aplicação da técnica chamada de esteganografia. Para demonstrar essa aplicação, Erlich e Grass fizeram uma referência ao passado, armazenando nas lentes de um óculos um curta-metragem sobre um arquivo secreto que é um dos raros registros da vida no Gueto de Varsóvia, durante a Segunda Guerra Mundial, escondidos em latas por um historiador judeu sobrevivente. “Não seria problema levar óculos como esse pela segurança do aeroporto e, assim, transportar informações de um lugar para outro sem ser detectado”, diz Erlich. 

As contas de vidro podem, supostamente, ser incorporadas em vários plásticos que não atinjam temperaturas muito altas durante sua fabricação, tais como epóxidos, poliéster, poliuretano e silicone. 

Além das aplicações já citadas, as “nanocontas” podem ter muitas outras funcionalidades, como marcar medicamentos, tintas ou colas, por exemplo. Autoridades médicas podem ler os resultados de testes de controle de qualidade diretamente do produto e trabalhadores podem acessar dados sobre o fabricante ou as propriedades de materiais que utilizam, entre diversas outras possibilidades. 

O método ainda é caro, mas segue sendo aprimorado em busca de se tornar mais acessível. A “tradução” das informações de impressão do coelho custou 2 mil francos suíços (mais de 8 mil reais).

Alta resolução de verdade: fotografando o DNA

10 de abril de 2019 Posted by Pessoas, Tecnologia, Tendências 0 thoughts on “Alta resolução de verdade: fotografando o DNA”

Algoritmos de reconhecimento de imagens aplicados à análise do DNA podem mudar a saúde do mundo.

É possível prever o funcionamento, antecipar as características, estimar o comportamento, mas muitas vezes os cientistas precisam ver. Depois de 25 anos, pesquisadores divulgaram esta semana um importante avanço na obtenção de imagens reais das interações do ácido desoxirribonucleico (DNA). Suas moléculas contêm as instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres. A análise dos dados do DNA por meio de sistemas de inteligência artificial promete revolucionar a medicina e as ferramentas de reconhecimento de imagens são estratégicas neste processo.

As equipes do Jila – o instituto de pesquisas físicas da Universidade do Colorado e do Instituto Nacional de Padrões de Tecnologia, nos Estados Unidos – desenvolveram um método mais simples, rápido e eficiente de “fotografar” o DNA. As imagens em alta resolução revelaram a icônica estrutura da dupla hélice, que se parece com uma escada espiralada. Os cientistas esperam que o método permita avanços no estudo da dinâmica entre proteínas e DNA, abrindo caminho para descobertas na área de genética, como já falamos aqui, e medicamentos. Basta pensar na capacidade de aplicar os sistemas de machine learning na análise dos dados gerados pelas imagens em alta resolução do DNA.

O reconhecimento de imagens, aliado a algoritmos e softwares de análise de dados, é uma das áreas mais quentes de investimentos e pesquisas, por seu impacto global. Tomografias, ultrassonografias, radiografias e ressonâncias magnéticas oferecem valioso material aos sistemas de Inteligência Artificial. Com o auxílio de softwares é possível, por exemplo, “suprimir” os ossos de uma radiografia de tórax para avaliar melhor o tecido pulmonar. Os computadores conseguem identificar os sinais ósseos e “ignorá-los” ao construir a imagem. Há também ferramentas de detecção de nódulos cancerígenos no pulmão com tamanho inferior a 3 cm, 7% mais eficazes que as avaliações de especialistas, entre muitas outras aplicações. Os próximos sistemas de diagnósticos por imagem já trará um pré-laudo, assinado por robôs!

O TensorFlow, biblioteca de software de IA do Google fornece ferramentas de análise de imagem e texto que tem sido muito útil. A plataforma permite o processamento de imagens associado aos inputs providos pelos médicos acerca de cada uma, bem como também os feedbacks sobre eventuais diagnósticos falhos indicados pelos algoritmos. Pelo fato de ter uma estrutura open source, o TensorFlow é uma base altamente escalável, pode ser acessada desde grandes data centers a simples smartphones e disponibiliza algoritmos na nuvem por meio de API’s.

O horizonte formado por tantas possibilidades não é de substituição do médico pela máquina, mas do estabelecimento de uma convivência vantajosa tanto para os profissionais quanto para os pacientes. O papel dos especialistas ainda é extremamente necessário para a criação das bases de dados que vão municiar os sistemas. Mais adiante, caberá aos médicos e à sociedade identificar a justa medida entre as benesses da IA, o imprescindível valor da inteligência e sensibilidade humana e as necessidades das pessoas. A meta é tornar a medicina cada vez mais eficaz e acessível.

Investigando o grande banco de dados chamado DNA

27 de novembro de 2018 Posted by Data Science, Tecnologia 0 thoughts on “Investigando o grande banco de dados chamado DNA”

Como os avanços da ciência colocaram lado a lado a biotecnologia e as tecnologias da informação.

As últimas décadas de avanço científico e tecnológico proporcionaram expandir nosso poder de influência a níveis nunca experimentados. A história da civilização mostrou progressivo aprendizado e desenvolvimento de nossas habilidades em fazer uso dos recursos disponíveis e transformar o mundo que nos cerca, mas pouco podíamos em matéria de controle sobre nós mesmos. O que nos traz a um patamar inédito são as descobertas, sobretudo dos últimos 30 anos, que nos permitiram conhecer com riqueza de detalhes a constituição de nossos corpos e, a partir disso, interferir nela.

Nos anos 1990 teve início um projeto de cooperação global para mapear o sequenciamento genético dos seres humanos. Em 2003 já conhecíamos, com alto nível de precisão, as mais de 3 bilhões de “letras” do nosso “alfabeto genômico”. Ao esforço de geneticistas e outros estudiosos das ciências biológicas somou-se a expertise de cientistas da informação, auxiliares na tarefa de organizar e armazenar essas descobertas que, a rigor, são sequências de dados.

Talvez como nunca antes, a biotecnologia e as tecnologias da informação puderam andar simbioticamente juntas. Daí em diante as “revoluções gêmeas” de ambas as áreas, como caracteriza o autor israelense Yuval Harari em “21 lições para o século 21”, passariam a nos permitir “reestruturar não apenas economias e sociedades mas também nossos corpos e mentes”.

Essa parceria já nos proporciona, por exemplo, lidar com a ameaça que alguns vírus representam. Diagnosticar um portador a partir dos sintomas que apresenta pode ser um processo demorado, dadas as várias manifestações possíveis e a enorme lista de vírus já conhecidos. Some-se a isso o fato de que muitos deles, potencialmente mortais, tais como o HIV e o Ebola, causam sérios danos aos seres humanos mas não produzem nenhum sintoma em seus hospedeiros naturais. Aí entra o sequenciamento de DNA, hoje muito mais acessível, e a capacidade já desenvolvida de processamento e análise de dados.

O recente anúncio da gestação dos primeiros bebês submetidos a edição genética de que se tem notícia é um exemplo de onde pudemos chegar. O cientista chinês He Jiankui divulgou informações preliminares da iniciativa que buscou conferir a um embrião a resistência a uma futura contaminação pelo vírus da AIDS por meio de alteração genética. É verdade que o experimento ainda não foi validado pela comunidade científica internacional, mas indica que estamos muito próximos de, antes mesmo do nascimento, interferir em algumas características dos seres humanos. Há dilemas éticos e muitas incertezas envolvidas, mas sem dúvidas o que vemos é um avanço sem precedentes.

Outras aplicações são menos controversas. Com base nos petabytes (ou milhões de gigabytes) de sequências de DNA disponíveis em acervos públicos, cientistas podem identificar no código genético de um hospedeiro pequenos fragmentos do DNA de um vírus e, assim, constatar sua presença. É como encontrar duas sequências numéricas iguais em duas colunas de uma planilha no Excel.

“Humanos sempre foram muito melhores em inventar ferramentas do que em usá‑las sabiamente”, afirma Yuval Harari em seu último livro. As revoluções na biotecnologia e nas tecnologias de informação seguirão, ao que tudo indica, e o potencial transformador delas é enorme. Vão restar os dilemas morais e éticos, bem como a responsabilidade pelas consequências das transformações postas em prática – coisas que continuarão atribuídas aos seres humanos, e não às máquinas ou à tecnologia.  

O blog de ideias da GoToData

Compartilhe

Facebook
Twitter
LinkedIn