Quels défis doivent être surmontés pour rendre les puces à ADN plus applicables en tant que supports de stockage

Quels défis doivent être surmontés pour rendre les puces à ADN plus applicables en tant que supports de stockage

Horodatage: 24 août 2023 4:29
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24 août 2023 (Actualités Nanowerk) La molécule héréditaire ADN peut stocker de nombreuses informations pendant de longues périodes dans un très petit espace. Depuis une bonne dizaine d'années, les scientifiques poursuivent donc l'objectif de développer des puces à ADN pour la technologie informatique, par exemple 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 blocs peut être utilisée pour coder des informations, tout comme le fait la nature. Pour construire une puce à ADN, l'ADN codé correspondant doit être synthétisé et stabilisé. Si cela fonctionne bien, les informations sont conservées très longtemps – les chercheurs supposent plusieurs milliers d’années. Les informations peuvent être récupérées en lisant et en décodant automatiquement la séquence des quatre éléments de base. Les informations peuvent être stockées sous forme d'ADN sur des puces en nanocellulose semi-conductrice Les informations peuvent être stockées sous forme d’ADN sur des puces en nanocellulose semi-conductrice. Les protéines contrôlées par la lumière lisent les informations. (Image : Université de Wurtzbourg)

Quels défis doivent être surmontés

"La possibilité de stocker des données numériques sur l'ADN avec une capacité élevée et une longue durée de vie a été démontrée à plusieurs reprises ces dernières années", déclare le professeur Thomas Dandekar, directeur de la chaire de bioinformatique à la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg. « Mais les coûts de stockage sont élevés, proches de 400,000 XNUMX dollars américains par mégaoctet, et les informations stockées dans l'ADN ne peuvent être récupérées que lentement. Cela prend des heures, voire des jours, selon la quantité de données. Ces défis doivent être surmontés pour faire Stockage de données ADN plus applicable et commercialisable. Les outils appropriés pour cela sont les enzymes contrôlées par la lumière et les logiciels de conception de réseaux protéiques. Thomas Dandekar et les membres de son équipe, Aman Akash et Elena Bencurova, en discutent dans une revue récente de la revue. Tendances en biotechnologie (« Comment rendre le stockage des données ADN plus applicable »). L'équipe de Dandekar est convaincue que l'ADN a un avenir en tant que magasin de données. Dans la revue, les chercheurs du JMU montrent comment une combinaison de biologie moléculaire, nanotechnologies, de nouveaux polymères, l'électronique et l'automatisation, associés à un développement systématique, pourraient rendre possible dans quelques années le stockage de données ADN utiles pour un usage quotidien.

Puces à ADN en nanocellulose

Au Biocentre JMU, l'équipe de Dandekar développe des puces à ADN fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs produits par des bactéries. nanocellulose. «Grâce à notre preuve de concept, nous pouvons montrer comment la technologie électronique et informatique actuelle peut être partiellement remplacée par des composants biologiques moléculaires», explique le professeur. De cette manière, il serait possible d'obtenir une durabilité, une recyclabilité totale et une robustesse élevée, même contre les impulsions électromagnétiques ou les pannes de courant, mais également une densité de stockage élevée pouvant atteindre un milliard de gigaoctets par gramme d'ADN. Thomas Dandekar estime que le développement des puces à ADN est très pertinent : « Nous ne pourrons perdurer en tant que civilisation à long terme que si nous faisons le saut vers ce nouveau type de technologie informatique durable combinant la biologie moléculaire avec l’électronique et la nouvelle technologie des polymères. » Ce qui est important pour l’humanité, a-t-il déclaré, c’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 permettant de produire des puces sans déchets électroniques ni pollution de l’environnement ne sont pas encore au point. Notre concept de puces en nanocellulose y apporte une contribution précieuse. Dans le nouvel article, nous avons examiné notre concept de manière critique et l’avons avancé grâce aux innovations actuelles issues de la recherche.

Améliorer encore les supports de stockage de l'ADN

L'équipe de Dandekar travaille actuellement à mieux combiner les puces à ADN en nanocellulose semi-conductrice avec les enzymes de conception qu'elles ont développées. Les enzymes doivent également être encore améliorées. "De cette manière, nous voulons parvenir à un contrôle de plus en plus efficace du support de stockage de l'ADN et pouvoir y stocker encore plus, mais aussi réduire les coûts et permettre ainsi, étape par étape, une utilisation pratique comme support de stockage dans la vie quotidienne."

Trois autres publications sur le sujet

Bencurova E, Shityakov S, Schaack D, Kaltdorf M, Sarukhanyan E, Hilgarth A, Rath C, Monténégro S, Roth G, Lopez D, Dandekar T. Composites de nanocellulose en tant que dispositifs intelligents avec châssis, stockage d'ADN dirigé par la lumière, propriétés électroniques techniques et intégration de puces. Avant Bioeng Biotechnol. 2022 août 8;10:869111. doi : 10.3389/fbioe.2022.869111 Salihoglu R, Srivastava M, Liang C, Schilling K, Szalay A, Bencurova E, Dandekar T. PRO-Simat : Outil de simulation et de conception de réseaux de protéines. Comput Struct Biotechnologie J. 2023 avril 26 ; 21 : 2767-2779. doi : 10.1016/j.csbj.2023.04.023 Bencurova E, Akash A, Dobson RCJ, Dandekar T. Stockage de l'ADN - de la biologie naturelle à la biologie synthétique. Comput Struct Biotechnologie J. 2023 février 2 ; 21 : 1227-1235. est ce que je: 10.1016/j.csbj.2023.01.045

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