Les ordinateurs traditionnels, basés sur des composants électroniques, pourraient bientôt être complétés par des machines utilisant l’ADN comme matériau de base. Des scientifiques de Shanghai ont développé des circuits intégrés d’ADN permettant une programmation polyvalente. Cette avancée ouvre de nouvelles perspectives dans le diagnostic médical, permettant notamment de distinguer des échantillons sains d’échantillons malades en un temps record.
Loin des laboratoires d’électronique, c’est dans les structures mêmes de la vie que certains chercheurs trouvent désormais des réponses aux défis informatiques. Récemment, une équipe de chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai a fait une percée majeure en développant des « ordinateurs » à base d’ADN.
Ces circuits intégrés d’ADN (DICs) plus exactement, ne sont pas conçus pour une fonction spécifique, mais peuvent être programmés pour diverses tâches. Cette flexibilité rappelle la transition des ordinateurs électroniques, qui sont passés d’appareils spécifiques à des machines polyvalentes. Ces circuits intégrés d’ADN promettent non seulement une nouvelle forme de calcul, mais aussi des répercussions profondes dans des domaines tels que la médecine et la biotechnologie. Les travaux de l’équipe sont disponibles dans la revue Nature.
La puissance des circuits liquides
Les circuits intégrés d’ADN (DICs) se distinguent par leur fonctionnement en milieu liquide, une propriété qui leur confère une flexibilité unique. En effet, cette caractéristique leur permet de traiter simultanément de multiples séquences d’informations, grâce à l’exécution d’algorithmes sur de nombreux fils en parallèle. Cette approche diffère de l’informatique traditionnelle, où les opérations sont souvent séquentielles. La bio-informatique en milieu liquide n’est pas une innovation récente, mais la majeure partie des recherches antérieures s’est concentrée sur des circuits conçus pour des tâches spécifiques.
En revanche, les DICs, avec leur polyvalence, permettent notamment la manipulation d’informations au niveau moléculaire. Cette capacité pourrait bénéficier le domaine biomédical par exemple, où ils peuvent être utilisés pour des diagnostics plus précis ou pour la création de dispositifs médicaux intelligents.
Inspiration des FPGA
Sous la houlette des Drs Fei Wang et Chunhai Fan, une équipe de chercheurs a puisé dans les principes des FPGA, des dispositifs électroniques modifiables après fabrication, pour élaborer une technologie similaire, mais basée sur l’ADN, appelée DPGAs. Au cœur de ces DPGAs se trouvent des oligonucléotides d’ADN simple brin, qui jouent un rôle analogue à celui des électrons dans nos appareils électroniques.
Parallèlement, « l’origami ADN », une technique qui permet de plier l’ADN en structures tridimensionnelles précises, est utilisé comme mémoire pour conserver des informations, un peu à la manière dont un disque dur stocke les données sur un ordinateur. Cette combinaison offre une adaptabilité remarquable, permettant aux DPGAs de s’ajuster à diverses tâches et applications.
Applications concrètes
Afin d’illustrer concrètement les capacités des circuits intégrés d’ADN (DICs), l’équipe de chercheurs a mis au point un prototype de DIC spécifiquement conçu pour traiter des problèmes mathématiques, en l’occurrence la résolution d’équations quadratiques. Cette réalisation montre que les DICs peuvent être adaptés pour des tâches spécifiques, tout comme les ordinateurs traditionnels peuvent exécuter des programmes dédiés.
Mais au-delà des applications mathématiques, les DICs ont également démontré un potentiel significatif dans le domaine médical. Les chercheurs ont conçu un système basé sur un classificateur non linéaire, un outil capable de trier et de catégoriser des données complexes.
Grâce à ce système, les DICs ont pu analyser des échantillons biologiques et différencier avec une grande précision ceux qui étaient sains de ceux qui présentaient des signes de maladie. La rapidité du processus est également notable : l’ensemble des échantillons a été correctement identifié en seulement deux heures, ce qui suggère que les DICs pourraient offrir des solutions de diagnostic rapide et fiable à l’avenir.
Est-il envisageable de voir prochainement des ordinateurs fonctionnant exclusivement avec de l’ADN ? Pour le moment, cela semble incertain. Cependant, les auteurs sont optimistes quant à la capacité des DPGAs intégrés à traiter des informations provenant de biomarqueurs autres que les micro-ARN (petites molécules d’ARN non codantes d’environ 22 nucléotides de long) dans un avenir proche.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
principaux de la matière baryonique. À ce titre, il revêt... [...]