L'essor du stockage des données ADN

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Le stockage des données ADN devenant bientôt une réalité, y aura-t-il un jour où nous téléchargerons et stockerons des fichiers sur des informations génétiques ? Quels sont les défis et les opportunités ? Maya RaghunandanDoctorat en Biochimie et Biologie moléculaire et Kolabtree scientifique indépendant, en donne un aperçu. 

Chaque jour, nous utilisons la technologie numérique. Nous prenons des photos, nous discutons, nous téléchargeons des documents, nous regardons une vidéo, etc. Une pléthore d'informations est accessible au bout de nos doigts grâce aux données stockées numériquement ; sous forme de tableaux de 0 et de 1 sur de nombreux disques durs avec des puces en silicone et des bandes magnétiques. L'explosion actuelle des données repousse déjà les limites des capacités de stockage et devrait dépasser l'infrastructure disponible. D'ici 2040En effet, le déluge de données pourrait nécessiter 10 à 100 fois plus de silicium de qualité micro-puce que ce qui est disponible. Ce problème a conduit les chercheurs du monde entier à trouver une percée dans les moyens alternatifs de stockage des données.

L'ADN comme outil de stockage de données : Le pour

Heureusement, mère nature nous fournit une solution sous la forme de notre information génétique codant l'empreinte bleue - l'ADN. Cette idée a gagné en popularité en 2012, lorsque des chercheurs de Harvard a codé un livre de 52 000 mots dans des milliers de brins d'ADN. Par la suite, de nombreux autres chercheurs ont validé et perfectionné l'approche utilisée pour écrire des données numériques dans l'ADN et les récupérer. Parmi les exemples les plus marquants, citons les chercheurs de Université de Columbia, Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Université de Washington, Institut européen de bioinformatique et ETH Zurich. En 2017, le gouvernement américain a annoncé un intérêt potentiel pour la recherche sur le stockage de l'ADN, dans le cadre des activités de sa branche de recherche sur la sécurité nationale. De nombreux géants de la technologie, dont MicrosoftLes chercheurs de l'Union européenne et de la Commission européenne montrent un vif intérêt pour l'utilisation de l'ADN comme future banque de données. En effet, Microsoft et l'Université de Washington ont collaboré pour stocker "35 fichiers distincts (plus de 200 Mo de données), dans plus de 13 millions d'oligonucléotides d'ADN" qui ont été récupérés sans erreur. Alors que la crise du stockage des données nous guette, l'ADN peut offrir une alternative biologique pour de nombreuses raisons.

  • L'ADN est très stable et peut durer pendant des centaines d'années.
  • Il est très compact et nécessite très peu d'espace de stockage.
  • Il est facile de reproduire et de créer des copies de sauvegarde.
  • Il ne deviendra pas obsolète en tant que technologie.
  • Sa densité de stockage d'informations est supérieure à celle de toute autre technologie. 1 gramme d'ADN peut stocker 700 téraoctets de données. Quelques kilogrammes d'ADN peut stocker la majorité de la population mondiale en ce moment.

Convertir des données numériques en données biologiques

Théoriquement, la base du stockage des informations dans l'ADN est fondamentalement similaire au code binaire, bien que suivant un processus légèrement différent. Au lieu d'utiliser des 0 et des 1 dans les méthodes traditionnelles, les informations dans l'ADN sont enregistrées sous forme de A, T, G et C (adénine, cytosine, thymine et guanine). Pour que cela fonctionne, nous attribuons différents codes binaires aux nucléotides. Par exemple, 00 = A, 01 = C, 10 = T et 11 = G. Or, une image est normalement codée comme une série de 0 et de 1 ; un exemple de début de série peut être 0011100100. Si nous les décomposons en paires - 00 11 10 01 00 - cela se traduirait par A-G-T-C-A. Cette séquence serait l'ordre des nucléotides pour former un brin d'ADN. Une fois la séquence déterminée, l'ADN peut être synthétisé chimiquement, séché et stocké dans de minuscules flacons à l'abri de la lumière et de l'humidité. Un seul gramme d'ADN peut stocker jusqu'à 215 millions de gigaoctets de données.

L'ADN peut être "relu" à l'aide d'une méthode de séquençage de l'ADN, utilisée en routine dans divers laboratoires du monde entier. Ce processus permet d'obtenir un fichier de séquences de lettres qui peut ensuite être décodé en 0 et en 1 pour retrouver les données numériques d'origine.

L'ADN comme outil de stockage de données : Obstacles actuels

Pour que le stockage des données ADN soit un choix pratique de stockage des données, l'ensemble du processus de codage-écriture-lecture et décodage des informations doit être automatisé. Les technologies actuellement utilisées prennent beaucoup de temps et sont sujettes aux erreurs. Par-dessus tout, les coûts sous-jacents à ces techniques doivent être réduits de manière drastique pour que le stockage des données ADN soit économiquement viable.

Les technologies actuelles de synthèse de l'ADN ne peuvent pas synthétiser de très longs segments d'ADN, la limite étant d'environ 20 octets de données par brin. Par conséquent, les données doivent être décomposées en morceaux, marquées pour les ruptures, puis converties au format ADN. Les obstacles les plus importants se situent au niveau du système d'extraction des données. La "lecture" d'un brin d'ADN le détruit définitivement. Il est donc essentiel de disposer d'un grand nombre de copies de sauvegarde. En outre, les systèmes actuels de récupération des données nécessiteraient de lire l'intégralité des données présentes dans une fiole de stockage. Pendant ce temps, les nouvelles accès aléatoire Les techniques qui se profilent à l'horizon laissent présager que la récupération de fichiers individuels deviendra une possibilité réelle.

L'utilisation de l'ADN comme moyen de stockage de données sera dictée par les progrès réalisés dans les secteurs de la biotechnologie et du génie génétique. La vitesse à laquelle les techniques de séquençage de l'ADN ont progressé laisse penser que le stockage de données sur l'ADN pourrait bientôt devenir une réalité. Alors que diverses technologies se tournent lentement vers le bio-mimétisme, il convient que l'ADN - la molécule fondamentale de stockage de la vie - serve également de banque de données.

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À propos de l'auteur

Maya Raghunandan a obtenu son doctorat en biochimie et biologie moléculaire à l'université du Minnesota, villes jumelles, États-Unis. Elle est actuellement chercheur en biologie du cancer à l'Université catholique de Louvain, à Bruxelles, en Belgique. Pendant son temps libre, elle écrit sur des découvertes scientifiques intéressantes sur son blog sans jargon http://www.sciencesnippets.org/. Parce que la science n'a pas besoin d'être compliquée. Au contraire, elle doit être compréhensible pour tous.

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