Puces ADN : La solution de stockage d'un milliard de gigaoctets de demain.

Les chercheurs se sont concentrés sur le potentiel de l'ADN en tant que support de stockage de données en raison de sa capacité à stocker de vastes quantités d'informations dans un espace minuscule.

Sous la forme d'ADN, la nature montre comment les données peuvent être stockées de manière économique et à long terme. La chaire de bioinformatique de Würzburg développe des puces ADN pour la technologie informatique.

La molécule héréditaire de l'ADN est réputée pour sa capacité à stocker de vastes quantités d'informations sur de longues périodes dans un espace incroyablement petit. Depuis une dizaine d'années, les scientifiques poursuivent donc l'objectif de développer des puces 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 éléments peut être utilisée pour encoder des informations, tout comme le fait la nature. Pour construire une puce ADN, l'ADN codé de manière correspondante doit être synthétisé et stabilisé. Si cela fonctionne bien, les informations sont préservées pendant très longtemps - les chercheurs estiment plusieurs milliers d'années. Les informations peuvent être récupérées en lisant automatiquement et en décodant la séquence des quatre éléments de base.

Les informations peuvent être stockées sous forme d'ADN sur des puces en nanocellulose semi-conductrice. Des protéines contrôlées par la lumière lisent les informations. Crédits : Chaire de bioinformatique / Université de Würzburg

« Le fait qu'un stockage numérique des données ADN avec une capacité élevée et une longue durée de vie soit réalisable a été démontré à plusieurs reprises ces dernières années », déclare le professeur Thomas Dandekar, responsable de la chaire de bioinformatique à l'université 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 à des jours, en fonction de la quantité de données. »

Ces défis doivent être surmontés pour rendre le stockage des données ADN plus applicable et commercialisable. Les outils adaptés à cet effet sont les enzymes contrôlées par la lumière et les logiciels de conception de réseaux de protéines. Thomas Dandekar et les membres de sa chaire Aman Akash et Elena Bencurova en discutent dans une revue récente publiée dans le journal Trends in Biotechnology.

L'équipe de Dandekar est convaincue que l'ADN a un avenir en tant que support de données. Dans la revue, les chercheurs de la 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 le stockage des données ADN utilisable au quotidien d'ici quelques années.

Au sein du centre de biologie de la JMU, l'équipe de Dandekar développe des puces ADN en nanocellulose semi-conductrice produites par des bactéries. « Avec notre preuve de concept, nous pouvons montrer comment les composants électroniques et informatiques actuels peuvent être partiellement remplacés par des composants de biologie moléculaire », explique le professeur. De cette manière, la durabilité, la recyclabilité complète et la grande robustesse même contre les impulsions électromagnétiques ou les pannes électriques pourraient être atteintes, ainsi qu'une densité de stockage élevée allant jusqu'à un milliard de gigaoctets par gramme d'ADN.

Thomas Dandekar estime que le développement de puces ADN est extrêmement pertinent : « Nous ne durerons en tant que civilisation à long terme que si nous faisons le saut dans ce nouveau type de technologie informatique durable combinant biologie moléculaire, électronique et nouvelles technologies polymères. »

Il a déclaré que l'essentiel pour l'humanité 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 pour produire des puces sans déchets électroniques et sans pollution environnementale ne sont pas encore matures. Notre concept de puce en nanocellulose apporte une contribution précieuse à cela. Dans le nouvel article, nous avons examiné de manière critique notre concept et l'avons développé encore davantage avec les innovations actuelles de la recherche. »

L'équipe de Dandekar travaille actuellement à une meilleure intégration des puces ADN en nanocellulose semi-conductrice avec les enzymes conçues par eux. Les enzymes doivent également être améliorées.

« De cette manière, nous voulons obtenir un meilleur contrôle du support de stockage ADN et être en mesure d'y stocker encore plus d'informations, mais aussi réduire les coûts et ainsi permettre progressivement une utilisation pratique en tant que support de stockage dans la vie quotidienne. »

Référence : « How to make DNA data storage more applicable » par Aman Akash, Elena Bencurova et Thomas Dandekar, 15 août 2023, Trends in Biotechnology. DOI: 10.1016/j.tibtech.2023.07.006

The work described is financially supported by the German Research Foundation (DFG) and the Free State of Bavaria. Important cooperation partners are Sergey Shityakov, professor at the State University of Information Technologies, Mechanics and Optics (ITMO) in Saint Petersburg, Daniel Lopez, PhD, from the Universidad Autonoma de Madrid, and Dr. Günter Roth, University of Freiburg and BioCopy GmbH (Emmendingen).