Des chercheurs du MIT ont introduit un polymère qui stocke l'ADN à température ambiante, évitant ainsi la nécessité d'une congélation coûteuse. Ce développement prend en charge le stockage durable à long terme et la récupération sans dommage du matériel génétique et des données numériques. Crédit : Issues.fr.com
Avec leur méthode « T-REX », ADN incorporés dans le polymère pourraient être utilisés pour le stockage à long terme de génomes ou de données numériques telles que des photos et de la musique.
Un nouveau polymère développé par MIT Les chercheurs offrent une avancée significative dans le stockage de l'ADN, en permettant une conservation à température ambiante sans les coûts énergétiques associés aux méthodes de congélation traditionnelles. Cette technologie stocke non seulement efficacement de grandes quantités de données, mais garantit également une récupération facile et un ADN intact, ce qui en fait une solution prometteuse pour l’archivage génétique et numérique.
Avancées dans la technologie de préservation de l’ADN
Dans le film « jurassique Park », les scientifiques ont extrait l'ADN conservé dans l'ambre pendant des millions d'années et l'ont utilisé pour créer une population de dinosaures disparus depuis longtemps.
Inspirés en partie par ce film, les chercheurs du MIT ont développé un polymère vitreux ressemblant à de l'ambre qui peut être utilisé pour le stockage à long terme de l'ADN, qu'il s'agisse de génomes humains entiers ou de fichiers numériques tels que des photos.
La plupart des méthodes actuelles de stockage de l’ADN nécessitent des températures glaciales, elles consomment donc beaucoup d’énergie et ne sont pas réalisables dans de nombreuses régions du monde. En revanche, le nouveau polymère de type ambre peut stocker l’ADN à température ambiante tout en protégeant les molécules des dommages causés par la chaleur ou l’eau.
Les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient utiliser ce polymère pour stocker des séquences d’ADN codant pour le thème musical de Jurassic Park, ainsi que tout un génome humain. Ils ont également démontré que l’ADN peut être facilement retiré du polymère sans l’endommager.
Le polymère vitreux de type ambré peut être utilisé pour le stockage à long terme d’ADN, comme des génomes humains entiers ou des fichiers numériques tels que des photos. Crédit : MIT Actualités ; iStock
Rationalisation des techniques de préservation de l'ADN
« La congélation de l'ADN est le meilleur moyen de le préserver, mais elle coûte très cher et n'est pas évolutive », explique James Banal, ancien postdoctorant au MIT. « Je pense que notre nouvelle méthode de préservation constituera une technologie qui pourrait déterminer l'avenir du stockage des informations numériques sur l'ADN. »
Banal et Jeremiah Johnson, professeur de chimie A. Thomas Geurtin au MIT, sont les auteurs principaux de l'étude, publiée le 12 juin dans le Journal de l'American Chemical Society. Elizabeth Prince, ancienne postdoctorante du MIT, et Ho Fung Cheng, postdoctorante du MIT, sont les principaux auteurs de l'article.
Les chercheurs du MIT ont mis au point un moyen d'encapsuler l'ADN dans un polymère thermodurci appelé polystyrène réticulé. Une fois l’ADN incorporé dans le polymère, il peut être à nouveau libéré en traitant le polymère avec de la cystéamine. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
Explorer de nouvelles méthodes de codage de l'ADN
L’ADN, une molécule très stable, convient parfaitement au stockage d’énormes quantités d’informations, notamment des données numériques. Les systèmes de stockage numérique codent le texte, les photos et d’autres types d’informations sous la forme d’une série de 0 et de 1. Cette même information peut être codée dans l’ADN à l’aide des quatre nucléotides qui composent le code génétique : A, T, G et C. Par exemple, G et C pourraient être utilisés pour représenter 0 tandis que A et T représentent 1.
L'ADN offre un moyen de stocker ces informations numériques à très haute densité : en théorie, une tasse de café remplie d'ADN pourrait stocker toutes les données du monde. L’ADN est également très stable et relativement facile à synthétiser et à séquencer.
En 2021, Banal et son conseiller postdoctoral, Mark Bathe, professeur de génie biologique au MIT, ont développé un moyen de stocker l'ADN dans des particules de silice, qui pourraient être étiquetées avec des étiquettes révélant le contenu des particules. Ce travail a conduit à une spin-out appelée Cache DNA.
L’un des inconvénients de ce système de stockage est qu’il faut plusieurs jours pour intégrer l’ADN dans les particules de silice. De plus, l’élimination de l’ADN des particules nécessite du fluor hydrofluorique. acidece qui peut être dangereux pour les travailleurs manipulant l'ADN.
Conception polymère innovante pour le stockage de l'ADN
Pour proposer des matériaux de stockage alternatifs, Banal a commencé à travailler avec Johnson et les membres de son laboratoire. Leur idée était d'utiliser un type de polymère connu sous le nom de thermodurcissable dégradable, composé de polymères qui forment un solide lorsqu'ils sont chauffés. Le matériau comprend également des liens clivables qui peuvent être facilement rompus, permettant au polymère d'être dégradé de manière contrôlée.
« Avec ces thermodurcissables déconstructibles, en fonction des liaisons clivables que nous y mettons, nous pouvons choisir la manière dont nous voulons les dégrader », explique Johnson.
Pour ce projet, les chercheurs ont décidé de fabriquer leur polymère thermodurci à partir de styrène et d'un agent de réticulation, qui forment ensemble un thermodurcissable de type ambre appelé réticulé. polystyrène. Ce thermodurcissable est également très hydrophobe, ce qui permet d'empêcher l'humidité de pénétrer et d'endommager l'ADN. Pour rendre le thermodurci dégradable, les monomères de styrène et les agents de réticulation sont copolymérisés avec des monomères appelés thionolactones. Ces liens peuvent être rompus en les traitant avec une molécule appelée cystéamine.
La méthode T-REX : une nouvelle approche du stockage de l'ADN
Le styrène étant très hydrophobe, les chercheurs ont dû trouver un moyen d’attirer l’ADN – une molécule hydrophile chargée négativement – dans le styrène.
Pour ce faire, ils ont identifié une combinaison de trois monomères qu’ils pourraient transformer en polymères qui dissolvent l’ADN en l’aidant à interagir avec le styrène. Chacun des monomères possède des caractéristiques différentes qui coopèrent pour extraire l’ADN de l’eau et le pénétrer dans le styrène. Là, l'ADN forme des complexes sphériques, avec de l'ADN chargé au centre et des groupes hydrophobes formant une couche externe qui interagit avec le styrène. Lorsqu’elle est chauffée, cette solution devient un bloc solide semblable à du verre, incrusté de complexes d’ADN.
Les chercheurs ont baptisé leur méthode T-REX (Thermoset-REinforced Xeroconservation). Le processus d’intégration de l’ADN dans le réseau polymère prend quelques heures, mais cela pourrait devenir plus court avec une optimisation plus poussée, affirment les chercheurs.
Pour libérer l'ADN, les chercheurs ajoutent d'abord de la cystéamine, qui brise les liaisons qui maintiennent ensemble le polystyrène thermodurci, le brisant en morceaux plus petits. Ensuite, un détergent appelé SDS peut être ajouté pour éliminer l’ADN du polystyrène sans l’endommager.
L'avenir de la technologie de stockage de l'ADN
Grâce à ces polymères, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient encapsuler de l'ADN de longueur variable, allant de dizaines de nucléotides jusqu'à un génome humain entier (plus de 50 000 paires de bases). Ils ont pu stocker l’ADN codant pour la Proclamation d’émancipation et le logo du MIT, en plus du thème musical de « Jurassic Park ».
Après avoir stocké l’ADN puis l’avoir retiré, les chercheurs l’ont séquencé et ont constaté qu’aucune erreur n’avait été introduite, ce qui constitue une caractéristique essentielle de tout système de stockage de données numériques.
Les chercheurs ont également montré que le polymère thermodurci peut protéger l'ADN de températures allant jusqu'à 75 degrés. Celsius (167 degrés Fahrenheit). Ils travaillent actuellement sur des moyens de rationaliser le processus de fabrication des polymères et de les transformer en capsules pour un stockage à long terme.
Implications pour la médecine personnalisée et la recherche future
Cache DNA, une société créée par Banal et Bathe, avec Johnson comme membre du conseil consultatif scientifique, travaille actuellement au développement de la technologie de stockage de l'ADN. La première application qu’ils envisagent est le stockage des génomes pour la médecine personnalisée, et ils prévoient également que ces génomes stockés pourraient faire l’objet d’une analyse plus approfondie à mesure que de meilleures technologies seront développées à l’avenir.
« L’idée est la suivante : pourquoi ne préservons-nous pas pour toujours le registre principal de la vie ? dit Banal. « Dans dix ou vingt ans, lorsque la technologie aura progressé bien plus que nous ne pourrions l’imaginer aujourd’hui, nous pourrions apprendre de plus en plus de choses. Nous en sommes encore aux premiers balbutiements dans la compréhension du génome et de ses liens avec la maladie.
La recherche a été financée par la National Science Foundation.
