Design de Circuitos Lógicos Baseados em DNA Visando a Síntese de Sistemas Computacionais

Computacao com DNA e um dos ramos da computacao molecular que vem sendo usado nos ultimos anos para desenvolver dispositivos implantados in-vitro e in-vivo ou ate mesmo substituir a tecnologia CMOS em algumas aplicacoes. Utilizando a tecnica conhecida como reacao de deslocamento de cadeia, fragmentos de DNA sao combinados e manipulados de forma programatica seguindo uma certa logica. Este modelo de computacao permite implementar fisicamente comportamentos teorizados por meio da linguagem das redes de reacoes quimicas (CRNs), a qual descreve textualmente a cinetica de uma rede de reacoes. Com uma linguagem para descrever dispositivos baseados em DNA, modelagens de estruturas base e elementos de baixo nivel para desenvolvimento de circuitos sao definidos, aumentando consideravelmente a complexidade dos dispositivos e, por consequencia, se torna mais dificil simula-los. Neste trabalho um pacote para simulacao de dispositivos de DNA de larga escala e apresentado. Chamado de DNAr, este pacote foi desenvolvido para simular tanto CRNs formais (redes de reacoes teoricas) quanto as CRNs de DNA (reacoes que representam interacoes entre moleculas de DNA). Este pacote tambem e capaz de transformar uma CRN formal em uma CRN de DNA sem intervencao do usuario. CRNs classicas (e.g.: Oscilador Lotka-Volterra, Consensus, etc.) foram utilizadas para validar o simulador. Dois estudos de caso foram desenvolvidos de forma a validar e exemplificar a capacidade de expansao do DNAr. Os estudos de caso se baseiam em duas abordagens de construcao de portas logicas quimicas. Uma modela portas logicas diretamente e a outra possui neuronios quimicos como elemento base. As duas abordagens foram implementadas como extensoes do DNAr e podem ser utilizadas para o desenvolvimento de outros circuitos. Um circuito logico que detecta celulas cancerigenas foi utilizado como circuito alvo a ser implementado pelas duas abordagens. Os resultados mostraram que as duas abordagens alcancaram o comportamento desejado. O fato de se ter gerado CRNs com mais de 200 reacoes (podendo chegar proximo de 400) indica a necessidade do uso de uma ferramenta como o DNAr.