Que peuvent faire les ordinateurs basés sur l'ADN ?

Depuis plus de 20 ans , des chercheurs ont exploré comment l'ADN pourrait être utilisé comme matériau informatique. Cela semble prometteur en raison de l'incroyable densité de données dans l'ADN : il stocke toutes les informations et instructions nécessaires pour construire et faire fonctionner un corps humain. Certains chercheurs ont réussi à coder textes longs dans l'ADN ; d'autres ont utilisé la molécule pour créer des portes et des circuits logiques simples, les éléments de base de l'informatique. Mais utiliser l'ADN de cette manière est d'une lenteur intenable pour les types de tâches que nous attendons des ordinateurs. Très probablement, l'informatique ADN sera exploitée pour fonctionner à l'intérieur des cellules vivantes et se combinera avec leurs machines existantes, rendant possibles de nouvelles méthodes de détection et de traitement des maladies.

Des chercheurs en Israël et au Wyss Institute de Harvard ont utilisé la méthode de l'origami représentée ici, qui fabrique de minuscules objets à partir de brins d'ADN repliés, pour créer un robot à l'échelle nanométrique qui avait deux moitiés reliées par une charnière.

Comment ça marche?

Les ordinateurs traditionnels utilisent une série de portes logiques qui transforment différentes entrées en une sortie prévisible. Par exemple, un transistor est activé ou désactivé par l'entrée de haute ou basse tension. Avec l'ADN, la façon dont les molécules peuvent être déclenchées pour se lier les unes aux autres peut être utilisée pour créer un circuit de portes logiques dans des éprouvettes. Dans une méthode, appelée Déplacement de brin d'ADN , l'entrée d'ADN qui se lie à une porte logique d'ADN déplace un brin d'ADN qui sert de sortie. De nombreuses portes peuvent être combinées dans un circuit : chaque ADN de sortie se liera à la porte logique suivante jusqu'à ce qu'un brin de sortie terminal prévisible soit libéré. (Les scientifiques peuvent rendre le brin terminal fluorescent afin qu'il puisse être facilement lu.)

Dans une autre méthode, l'ADN d'entrée peut se lier à une porte logique d'ADN et activer les enzymes naturelles comme les polymérases et les nucléases pour couper des brins d'ADN. Ceux-ci peuvent alors se lier à d'autres brins dans une série continue de réactions ou montrer un signal de sortie fluorescent.

Cellules vivantes

Chercheurs en Israël montré l'année dernière que les portes logiques de l'ADN peuvent également fonctionner à l'intérieur des animaux vivants, en particulier les cafards. Les chercheurs ont créé de l'ADN plié comme de l'origami pour fabriquer ce qu'ils ont appelé des robots à l'échelle nanométrique. Les nano-robots fonctionnent comme le brin d'entrée dans la séquence informatique : ils se lient aux portes logiques de l'ADN, un processus qui modifie la forme des robots afin qu'ils exposent leur charge utile. La charge utile peut être une molécule telle qu'une courte séquence d'ADN, un anticorps ou une enzyme. Si la charge utile peut activer ou désactiver un deuxième robot, cela créera un circuit à l'intérieur d'une cellule vivante.

D'autres chercheurs ont également montré, dans les premiers travaux , comment les ordinateurs ADN pourraient être utilisés pour une détection extrêmement précise des cancers. Ils le feraient en générant une certaine sortie si une cellule exprime trop d'un certain gène ou a des séquences particulières de microARN .

Une nouvelle langue

L'informatique basée sur l'ADN exige quelque chose comme un nouveau langage de programmation. Les expériences initiales ont utilisé des modèles des réactions qui se produisent avec un ensemble donné d'ingrédients. microsoft a depuis développé un langage qu'il appelle le Outil de déplacement de brin d'ADN , qui peut être utilisé pour concevoir les séquences d'ADN nécessaires au fonctionnement des circuits et peut modéliser la façon dont les réactions se produiront dans chaque circuit.

La vente à emporter

Il est peu probable que la technologie de calcul de l'ADN remplace les ordinateurs conventionnels au silicium. Mais d'ici cinq à 10 ans, les ordinateurs basés sur l'ADN pourraient être testés pour des applications médicales.

Avez-vous une grande question? Envoyez vos suggestions à [email protected] .

cacher