Le domaine de l’informatique ADN a évolué à pas de géant depuis qu’il a été proposé pour la première fois il y a près de 30 ans. Mais la plupart des processus de calcul de l’ADN sont toujours effectués manuellement, les réactifs étant ajoutés étape par étape à la réaction à la main. Maintenant, enfin, des scientifiques de l’Université nationale d’Incheon, en Corée, ont trouvé un moyen d’automatiser les calculs d’ADN en développant une puce unique qui peut être contrôlée par un ordinateur personnel.
Le terme « ADN » fait immédiatement penser à l’hélice double brin qui contient toute notre information génétique. Mais les unités individuelles de ses deux brins sont des paires de molécules liées les unes aux autres de manière sélective et complémentaire. Il s’avère que l’on peut tirer parti de cette propriété d’appariement pour effectuer des calculs mathématiques complexes, ce qui constitue la base du calcul de l’ADN.
Étant donné que l’ADN n’a que deux brins, même un simple calcul nécessite de multiples réactions chimiques utilisant différents ensembles d’ADN. Dans la plupart des recherches existantes, l’ADN de chaque réaction est ajouté manuellement, un par un, dans un seul tube de réaction, ce qui rend le processus très lourd. Les puces microfluidiques, qui consistent en des canaux étroits gravés sur un matériau comme le plastique, offrent un moyen d’automatiser le processus. Mais malgré leur promesse, l’utilisation de puces microfluidiques pour le calcul de l’ADN reste sous-explorée.
Dans un article récent — mis à disposition en ligne dans ACS Nano le 7 juillet 2021 et publié dans le volume 15 numéro 7 de la revue le 27 juillet 2021 — une équipe de scientifiques de l’Université nationale d’Incheon (INU), en Corée, présente une puce microfluidique programmable à base d’ADN qui peut être contrôlée par un ordinateur personnel pour effectuer des calculs ADN. « Notre espoir est que les processeurs basés sur l’ADN remplaceront les processeurs électroniques à l’avenir, car ils consomment moins d’énergie, ce qui contribuera au réchauffement climatique. Les processeurs basés sur l’ADN fournissent également une plate-forme pour des calculs complexes tels que des solutions d’apprentissage en profondeur et la modélisation mathématique », a déclaré Dr Youngjun Song de l’INU, qui a dirigé l’étude.
Le Dr Song et son équipe ont utilisé l’impression 3D pour fabriquer leur puce microfluidique, qui peut exécuter la logique booléenne, l’une des logiques fondamentales de la programmation informatique. La logique booléenne est un type de logique vrai ou faux qui compare les entrées et renvoie une valeur « vrai » ou « faux » selon le type d’opération, ou « porte logique », utilisé. La porte logique de cette expérience consistait en une matrice d’ADN simple brin. Différents ADN simple brin ont ensuite été utilisés comme entrées. Si une partie d’un ADN d’entrée avait une séquence Watson-Crick complémentaire à l’ADN matrice, elle s’apparie pour former un ADN double brin. La sortie a été considérée comme vraie ou fausse en fonction de la taille de l’ADN final.
Ce qui rend la puce conçue extraordinaire, c’est un système de vanne motorisé qui peut être actionné à l’aide d’un PC ou d’un smartphone. La puce et la configuration logicielle forment ensemble une unité de traitement microfluidique (MPU). Grâce au système de vannes, le MPU peut effectuer une série de réactions pour exécuter une combinaison d’opérations logiques de manière rapide et pratique.
Ce système de vanne unique du MPU programmable basé sur l’ADN ouvre la voie à des cascades de réactions plus complexes pouvant coder pour des fonctions étendues. « Les recherches futures se concentreront sur une solution complète de calcul d’ADN avec des algorithmes d’ADN et des systèmes de stockage d’ADN », a déclaré le Dr Song.
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Université nationale d’Incheon. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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