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Bio-informatique : l’ère des ordinateurs ADN approche à grands pas

Des chercheurs américains ont conçu un nouveau système capable de stocker des données dans de l’ADN pendant des millions d’années – et même de réaliser des opérations logiques pour résoudre des puzzles simples.

Des chercheurs américains de l’Université d’État de Caroline du Nord et de l’Université John Hopkins ont récemment démontré la viabilité d’une technologie capable de stocker et de traiter des données — un ordinateur, en somme. Sa particularité, c’est ce dispositif s’écarte considérablement de l’électronique conventionnelle : à la place, il est entièrement basé sur de l’ADN.

Si l’idée peut paraître saugrenue, elle part pourtant d’un constat tout ce qu’il y a de plus pragmatique : l’ADN est un support de stockage extrêmement dense et efficace. A l’échelle moléculaire, chacune des paires de bases qui composent ce polymère indispensable à la vie peut représenter deux bits, et chaque cellule en contient environ trois milliards ! Si l’on tient compte du fait que certaines de ces bases sont non codantes, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas directement impliquées dans la préservation de l’information génétique, on peut calculer que la densité de stockage théorique de l’ADN s’élève à plusieurs dizaines de millions de GB par gramme ! En d’autres termes, les êtres vivants sont de véritables data centers sur patte.

Une vieille idée difficile à exploiter

Sur la base de ces informations, de nombreux chercheurs ont donc exploré l’idée de concevoir de nouveaux supports de stockage basés entièrement sur l’ADN. Ces travaux ont commencé à produire des résultats très intéressants à partir de années 2012, quand un généticien de la prestigieuse université d’Harvard a  encodé l’équivalent de 70 000 milliards de copies de son livre dans de l’ADN.

D’autres expériences de ce genre ont également contribué à prouver la viabilité du concept — mais elles ont aussi fait émerger une autre réalité moins réjouissante, à savoir que ce support est excessivement difficile à manipuler par rapport aux supports conventionnels. Comparé à un support optique ou magnétique, comme un CD-ROM ou un SSD, par exemple, le processus qui permet de lire un brin d’ADN ou d’y encoder des données est atrocement complexe et nettement plus lent. Il faut aussi tenir compte du problème de la compatibilité ; permettre à un ordinateur d’exploiter un stockage ADN est très, très loin d’être trivial.

Pour toutes ces raisons, cette approche n’a encore jamais été mise en application à grande échelle en dehors des laboratoires de recherche. " L’informatique ADN est confrontée à de sérieux défis lorsqu’il s’agit de stocker, récupérer et traiter des données stockées sous forme d’acides nucléiques ", explique Albert Keung, co-auteur de l’étude.

" Jusqu’à présent, on pensait que même si le stockage des données ADN pouvait être utile pour le stockage de données à long terme, il serait difficile, voire impossible, de développer une technologie ADN capable de réaliser les mêmes opérations que les appareils électroniques traditionnels : le stockage et le déplacement de données, la possibilité de lire, effacer, réécrire, recharger ou traiter des fichiers de données spécifiques, et faire toutes ces choses de manière programmable et reproductible. "

Un nouveau support pour faciliter l’exploitation de l’ADN

Mais cela pourrait désormais changer, si l’on se fie aux travaux de son équipe. En effet, ces chercheurs ont développé un nouveau système de support microscopique qui facilite grandement l’exploitation de l’ADN en tant que support de stockage.

" Nous avons créé de nouvelles structures de polymères que nous appelons les dendrocolloïdes. Elles commencent à l’échelle microscopique, puis bifurquent progressivement pour créer un réseau de fibres nanométrique où l’on peut déposer de l’ADN ", explique son co-auteur Orlin Velev dans un communiqué.

(Photo au microscope des dendrocolloïdes utilisés par les chercheurs. Les couleurs sont dues à l’ajout de substances fluorescentes qui permettent d’en visualiser la structure arborescente."

Une fois l’ensemble ainsi organisé, ce matériel est incorporé à une minuscule tuyauterie qui permet de faire circuler un liquide constitué de réactifs et d’enzymes. Ces composés permettent aux opérateurs d’interagir avec l’ADN comme le font les cellules grâce à leur machinerie interne.

Fonctionnellement, ce fluide joue le rôle du courant électrique dans un ordinateur classique. La grande différence, c’est que ce processus n’implique aucune modification directe du support de stockage. A la place, l’ADN sert seulement de référence ; pour en extraire des informations, l’équipe utilise le mécanisme de la transcription, qui permet d’extraire des informations de l’ADN pour produire des molécules d’ARN.

Dans les organismes vivants, ces fragments d’ARN (dits messagers) sont ensuite transmis au ribosome, une structure cellulaire chargée de décoder ces informations pour synthétiser des protéines. Mais dans ce cas précis, ils sont lus par un séquenceur qui en détermine la séquence d’acides nucléiques. Cette machine passe ensuite le relais à un ensemble d’algorithmes spécialisés qui convertissent la séquence ainsi transférée en données exploitables par un ordinateur, et vice-versa.

Un support de stockage incroyablement dense et durable

Au bout du processus, l’équipe a obtenu un système qui permet de réaliser les mêmes opérations qu’un ordinateur électronique conventionnel — mais avec une densité de stockage immensément plus importante. Les chercheurs ont réussi à stocker environ 10 PB par centimètre carré, soit 10 millions de GB dans le volume d’une gomme de porte-mine.

Il est aussi bien plus résilient qu’un support de stockage traditionnel, puisque l’ADN n’est jamais altéré pendant les opérations de lecture. Sur un disque dur ou un SSD, la durée de vie des données se compte en années. Mais selon les chercheurs, cette structure à base de dendrocolloïdes et d’ADN aurait une demi-vie d’environ 6000 ans à 4 °C (la température habituelle d’un frigo)… et de deux millions d’années au congélateur à -18 °C ! En théorie, cette architecture pourrait donc faire des merveilles lorsqu’il s’agit d’archiver des montagnes de données sur le long terme.

Un début d’ordinateur ADN

Enfin, le papier des chercheurs mentionne discrètement un dernier point très intéressant : en plus de stocker des données, leur système permet aussi de les exploiter. En effet, les molécules d’ARN peuvent être sélectivement modifiées grâce à des enzymes et un autre algorithme pour réaliser des opérations logiques. L’équipe explique que sa plateforme est capable de résoudre des puzzles d’échecs simplifiés (en 3×3 cases), et même de remplir des grilles de sudoku !

" Nous pouvons répliquer la plupart des fonctions que vous pouvez effectuer avec les appareils électroniques traditionnels. Nous pouvons copier les informations ADN directement à partir de la surface du matériau sans endommager l’ADN. Nous pouvons également effacer des morceaux d’ADN ciblés, puis les réécrire sur la même surface, par exemple en supprimant et en réécrivant des informations stockées sur le disque dur », énumère Kevin Lin, auteur principal du papier. Cela nous permet essentiellement de réaliser toute la gamme des fonctions de stockage et de calcul des données à partir d’ADN ", résume-t-il.

Certes, ces travaux sont encore très exploratoires. Il faudra encore patienter de longues années avant qu’un système basé sur cette preuve de concept arrive à maturité et puisse être exploité par l’industrie – sans parler du grand public. En d’autres termes, ce n’est pas demain la veille que vous pourrez conserver vos photos de famille grâce à de l’ADN.

Mais ces travaux pourraient tout de même ouvrir la voie à de nouveaux dispositifs de stockage, voire à des ordinateurs ADN en bonne et due forme. Il conviendra donc de suivre les retombées de cette étude, et plus largement, de l’évolution de cette niche technologique encore balbutiante mais déjà fascinante.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.journaldugeek.com, Antoine Gautherie, 29 août 2024

[ tétravalence appliquée ]

portrait

Le Dr Bruno Modo était chirurgien et médecin légiste. Il avait été formé en Italie du Nord comme officier, mais il pensait que les pires choses, il les avait vues plus tard, en constatant le mal que les gens étaient capables de faire, sans la justification de la guerre. Si toutefois on pouvait reconnaître et tolérer que la guerre fût une justification, pensait-il avec amertume. Il s'étonnait lui-même de son absence de cynisme ; il pouvait encore sentir glisser sur sa peau la douleur des blessures, le flux du sang des pauvres gens qui passaient du matin au soir entre ses mains. Mais il ne s'était jamais décidé à fonder une famille : il n'aurait jamais accepté de lancer un fils dans ce monde qui était devenu un égout sans fond….

Il analysait son époque avec distance et sans la moindre complaisance pour ce nouveau régime* fondé sur la violence. Il n'acceptait pas que l'on puisse faire le mal au nom du bien : il le disait haut et fort, et cela lui valait d'être tenu à l'écart de la haute société napolitaine et le privait de la carrière que son talent lui aurait permis. 

Auteur: Giovanni Maurizio De

Info: Le printemps du commissaire Ricciardi *En 1931, le régime de Mussolini

[ désabusé ] [ fascisme ] [ franchise ] [ pessimiste ]

matin pluvieux

Les jours de pluie, on ne voit pas l'aube naître.

Tout à coup, elle est déjà là, qui vous regarde, elle est arrivée tandis que vous pensiez à autre chose.

Vous la sentez dans l'air.

Vous voyez la nuit abandonner les gouttes, peu à peu, et soudain il y a une lumière pâle, translucide comme un drap de soie mouillé.

Elle descend doucement ,telle une maladie.

Elle s'appuie sur les arbres gris fumée, couvre les murs de larmes, opacifie les pierres luisantes des rues.

L'aube d'un jour de pluie coupe la respiration et ajoute de la douleur à la tristesse de ceux qui sont encore éveillés.

Auteur: Giovanni Maurizio De

Info: La méthode du crocodile. L'aube d'un jour de pluie.

[ fondu-enchaîné ]

pauvreté

Une dernière sortie sur cette mer froide qui ressemble à une table de verre noir, comprimée par un ciel aussi lourd que du marbre.

Une dernière sortie pour défier le temps, pour arracher à l'eau un souffle de vie. Aux heures où le jour se bat avec la nuit, quand les lumières tremblotent dans l'air immobile et que les mains gelées n'ont plus de prise sur les cordages et sur les rames.

Une dernière sortie, plus brève et donc plus désespérée, avec des gestes fébriles rendus frénétiques par le temps et la nécessité.

Une seule possibilité, courir d'un bout à l'autre de l'embarcation pour être sûrs qu'il n'y a pas de noeuds dans le filet, que sous la surface noire les mailles ne s'entortillent pas pour se capturer elles-mêmes, et qu'on ne va pas s'épuiser à remonter une masse de cordes et d'algues, après s'être donné tant de mal.

Une seule sortie, deux fois plus rapide que d'habitude, pour chercher du frais à rapporter dans les paniers de jonc qu'on mettra sous les yeux de ceux dont l'unique préoccupation est d'avoir à préparer le repas de Noël.

Une dernière sortie, avec les articulations douloureuses qui nous laisseront sur une chaise à cinquante ans ou à peine plus, perclus de douleurs, à regarder les jeunes qui finiront comme nous. Une seule sortie dans l'aube glaciale du jour qui précède la veille de Noël, si différent des autres.

Rêvant de tirer un filet plein de petite friture et de calamars, d'ombrines à bouche d'or et de mendoles au ventre argenté, de homards et d'anguilles de mer. Les voir remplir le fond de la barque et les sentir frétiller autour de nos pieds, leur vie contre la nôtre et celle de nos enfants.

Une dernière sortie, vie contre vie pour gagner quatre sous.

Et pour un nouveau Noël.

Auteur: Giovanni Maurizio De

Info: Le Noël du commissaire Ricciardi

[ marins pêcheurs ] [ espérance ] [ efforts ] [ aube ]

canicule

Quand arrive la chaleur, la vraie chaleur, un voile de silence et d'inquiétude tombe sur la ville parce que tout le monde est persuadé qu'elle ne finira jamais. ... Du haut des balcons, on observe la rue pour voir apparaître le marchand de glace qui signale sa présence par un cri. Il la vend plus cher que d'habitude et des protestations vont s'élever, mais celui qui en a les moyens ne se privera pas de ce bloc glacé auquel il va confier l'espoir que, tôt ou tard, cette chaleur, cette vraie chaleur, finisse. On ne négocie pas avec le marchand de glace comme avec les autres ambulants. D'ailleurs on ne peut même pas parler de négociations : il connaît les désirs du client et il ne s'arrête qu'après avoir entendu le cliquetis de la monnaie. Cette halte contribue à la fonte de l'or blanc qu'il promène dans sa charrette, enveloppé dans des couvertures et des chiffons. Une fois reçu le montant demandé, il sort le bloc avec un gant de fer et sous le regard fasciné des gamins, il en taille un morceau à l'aide d'un couteau noir et crochu, tandis que quelques scugnizzi ramassent triomphalement les débris tombés à terre. Compte tenu du poids de la glace, il ne sera pas possible aux habitants des étages supérieurs de faire descendre les paniers au bout d'une corde pour y mettre le produit convoité, comme on le fait pour les fruits et les légumes, mais la remontée chez soi par les escaliers sombres et raides sera plus agréable avec ce fardeau dans les bras.

Auteur: Giovanni Maurizio De

Info: L'enfer du commissaire Ricciardi

femme-par-homme

Rosaria était belle, et chaque jour elle devenait encore plus belle. Aucun de ceux qui passaient par les fermes, les commerçants qui venaient acheter les brocolis, les bouchers qui amenaient les cochons à élever, arrivait à la regarder sans tendre la main vers elle. J'avais seize ans et elle quatorze, et je peux pas vous dire combien de fois j'ai retenu mon couteau pour la défendre, de peur de me retrouver en prison. Mais aujourd'hui, j'ai compris qu'une femme aussi belle, elle devrait pas naître dans un endroit comme celui-là. C'est pas sa place. La beauté, commissaire, il faut pouvoir se la permettre.

Auteur: Giovanni Maurizio De

Info: Les Pâques du commissaire Ricciardi

[ éblouissante ] [ ado ]

science-fiction

" Lorsque le parallaxe solaire sera connu, m'ont-ils dit, lorsque les degrés nécessaires seront mesurés et que la taille, le poids et la forme de la Terre seront enfin calculés de manière indiscutable, tout disparaîtra. Nous devrons chercher un autre Espace ".  - Pourtant personne n'a expliqué ce que cela signifiait ?. Peut-être que certains d'entre nous essaieront de vivre sur leur propre Surface. Je ne suis pas sûr que tout le monde soit capable de s'adapter au passage d'un espace concave à un espace convexe. Ici bas, nous étions à l'abri, et presque partout où nous regardons, ce n'est pas le ciel qui domine, mais seulement la terre. - Combien d'entre nous, je me le demande, seraient capables de vivre autrement, comme vous le faites, vous autres, si exposés à l'obscurité extérieure ? Avec toutes ces lumières incroyables, petites et grandes ? Et où que vous soyez, étant donné la convexité, chacun d'entre vous se trouve en permanence éloigné des autres, tout le temps, dans ce vide que la plupart d'entre conçoivent difficilement. Ici, sur cette Terre concave, tout le monde pointe vers tout le monde, les axes de chacun coïncident plus ou moins, ce qui nous oblige à nous reconnaître les uns les autres, et nous impose des règles de comportement totalement différentes. 

Auteur: Pynchon Thomas

Info: Mason & Dixon

[ pur esprits ] [ isolement ]

songe

J’ai rêvé la nuit dernière que je retournais à Manderley. Je me tenais près de la grille qui donnait sur l’allée, mais impossible d’entrer : le portail était fermé par un cadenas et une chaîne. J’appelais le gardien. Personne ne répondait. Regardant mieux entre les barreaux rouillés, je vis que le pavillon était inhabité. 

Auteur: Du Maurier Daphné

Info: Rebecca

[ Incipit ]

art pictural

J'ai fait trois versions de cette œuvre. Chacune présente un grand arbre nu dont les branches forment la silhouette d'une feuille. Ces tableaux sont conçus pour représenter différentes ambiances : l'une au crépuscule avec un soleil couchant, une autre le matin avec une sphère blanche à l'horizon, et la troisième sous un ciel étoilé. Je  suis assez satisfait quant à la pureté de ces images, je veux croire que vous les apprécierez.

Auteur: Magritte René

Info: Lettre à Claude Spaak datée du 5 janvier 1941, à propos de sa peinture "à la recherche de l'absolu" - compendium résumé : perplexity.ai et FLP

[ variations ] [ circadiennes ]

langage

Ne recevoir que la voix, sans les images, est en fait un immense privilège. Cela ajoute à la magie du moment, ouvrant l'esprit à l'imaginaire. On se construit ses propres images, ses propres vagues déferlantes, ses propres cieux, sa propre couleur de la mer. Avec l'écrit, la voix a cette puissance et cette saveur que les images n'auront jamais.

Auteur: Biette Jean-Marie

Info: Rhum amer

[ parlé ] [ écrit ] [ aveugle ]