Les chercheurs se sont concentrés sur le potentiel de l’ADN comme support de stockage de données en raison de sa capacité à stocker de grandes quantités d’informations dans un espace minuscule.
Sous la forme de ADN, la nature montre comment les données peuvent être stockées de manière peu encombrante et à long terme. La chaire de bioinformatique de Würzburg développe des puces à ADN pour la technologie informatique.
La molécule héréditaire ADN est réputée pour sa capacité à stocker de grandes quantités d’informations sur de longues périodes dans un espace incroyablement petit. Depuis une bonne dizaine d’années, les scientifiques poursuivent donc l’objectif de développer des puces à ADN pour la technologie informatique, notamment pour l’archivage à long terme des données. De telles puces seraient supérieures aux puces conventionnelles à base de silicium en termes de densité de stockage, de longévité et de durabilité.
Quatre éléments de base récurrents se trouvent dans un brin d’ADN. Une séquence spécifique de ces blocs peut être utilisée pour coder des informations, tout comme le fait la nature. Pour construire une puce à ADN, l’ADN codé correspondant doit être synthétisé et stabilisé. Si cela fonctionne bien, les informations sont conservées très longtemps – les chercheurs supposent plusieurs milliers d’années. Les informations peuvent être récupérées en lisant et en décodant automatiquement la séquence des quatre éléments de base.
Les informations peuvent être stockées sous forme d’ADN sur des puces en nanocellulose semi-conductrice. Les protéines contrôlées par la lumière lisent les informations. Crédit : Chaire de bioinformatique / Université de Würzburg
Défis liés au stockage des données ADN
« La possibilité de stocker des données numériques sur l’ADN avec une capacité élevée et une longue durée de vie a été démontrée à plusieurs reprises ces dernières années », déclare le professeur Thomas Dandekar, directeur de la chaire de bioinformatique à la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg. « Mais les coûts de stockage sont élevés, proches de 400 000 dollars américains par mégaoctet, et les informations stockées dans l’ADN ne peuvent être récupérées que lentement. Cela prend des heures, voire des jours, selon la quantité de données.
Ces défis doivent être surmontés pour rendre le stockage des données ADN plus applicable et commercialisable. Les outils appropriés pour cela sont les enzymes contrôlées par la lumière et les logiciels de conception de réseaux protéiques. Thomas Dandekar et les membres de son équipe, Aman Akash et Elena Bencurova, en discutent dans une revue récente de la revue. Tendances en biotechnologie.
L’équipe de Dandekar est convaincue que l’ADN a un avenir en tant que magasin de données. Dans la revue, les chercheurs du JMU montrent comment une combinaison de biologie moléculaire, de nanotechnologie, de nouveaux polymères, d’électronique et d’automatisation, associée à un développement systématique, pourrait rendre possible dans quelques années le stockage de données ADN utiles pour un usage quotidien.
Développement innovant de puces à ADN
Au Biocentre JMU, l’équipe de Dandekar développe des puces à ADN constituées de nanocellulose semi-conductrice produite par des bactéries. «Grâce à notre preuve de concept, nous pouvons montrer comment la technologie électronique et informatique actuelle peut être partiellement remplacée par des composants biologiques moléculaires», explique le professeur. De cette manière, il serait possible d’obtenir une durabilité, une recyclabilité totale et une robustesse élevée, même face aux impulsions électromagnétiques ou aux pannes de courant, mais également une densité de stockage élevée pouvant atteindre un milliard de gigaoctets par gramme d’ADN.
Thomas Dandekar estime que le développement des puces à ADN est très pertinent : « Nous ne pourrons perdurer en tant que civilisation à long terme que si nous faisons le saut vers ce nouveau type de technologie informatique durable combinant la biologie moléculaire avec l’électronique et la nouvelle technologie des polymères. »
Ce qui est important pour l’humanité, a-t-il déclaré, c’est de passer à une économie circulaire en harmonie avec les limites planétaires et l’environnement. « Nous devons y parvenir d’ici 20 à 30 ans. La technologie des puces en est un exemple important, mais les technologies durables permettant de produire des puces sans déchets électroniques ni pollution de l’environnement ne sont pas encore au point. Notre concept de puces en nanocellulose y apporte une contribution précieuse. Dans le nouvel article, nous avons examiné notre concept de manière critique et l’avons avancé grâce aux innovations actuelles issues de la recherche.
Améliorer encore les supports de stockage d’ADN
L’équipe de Dandekar travaille actuellement à mieux combiner les puces à ADN en nanocellulose semi-conductrice avec les enzymes de conception qu’elles ont développées. Les enzymes doivent également être encore améliorées.
« De cette manière, nous voulons parvenir à un contrôle de plus en plus efficace du support de stockage de l’ADN et pouvoir y stocker encore plus, mais aussi réduire les coûts et permettre ainsi, étape par étape, une utilisation pratique comme support de stockage dans la vie quotidienne. »
Le travail décrit est soutenu financièrement par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) et l’État libre de Bavière. Les partenaires importants de la coopération sont Sergey Shityakov, professeur à l’Université d’État des technologies de l’information, de mécanique et d’optique (ITMO) de Saint-Pétersbourg, Daniel Lopez, PhD, de l’Université autonome de Madrid, et le Dr Günter Roth, de l’Université de Fribourg et BioCopy GmbH. (Emmendingen).
