L. Bardon . – La biologie synthétique est un domaine de recherche en pleine expansion qui applique des concepts et des principes d’ingénierie à l’ingénierie rationnelle des systèmes vivants, tels que les bactéries et les levures. La biologie synthétique utilise des cellules vivantes comme substrat pour effectuer des calculs définis par l’homme. De nombreuses implémentations actuelles de l’informatique cellulaire sont basées sur la métaphore du “circuit génétique”, une approximation du fonctionnement des ordinateurs à base de silicium. Pendant ce temps des chercheurs cherchent à créer une version biologique de l’internet des objets en basant leurs travaux sur le fait que les bactéries communiquent efficacement et possèdent des moteurs et des capteurs intégrés, ainsi qu’une puissante architecture de stockage et de traitement des informations.
Alors que le monde moderne produit de plus en plus de données, les chercheurs s’efforcent de trouver de nouvelles façons de les stocker. L’ADN est un support de stockage extrêmement compact et stable, et une nouvelle approche pourrait maintenant nous permettre d’écrire des données numériques directement dans le génome des cellules vivantes. Des chercheurs de l’université de Columbia ont dévoilé une nouvelle approche qui permet de convertir directement les signaux électroniques numériques en données génétiques stockées dans les génomes des cellules vivantes.
Les travaux s’appuient sur un enregistreur cellulaire basé sur le CRISPR que Wang avait précédemment conçu pour la bactérie E. coli, qui détecte la présence de certaines séquences d’ADN à l’intérieur de la cellule et enregistre ce signal dans le génome de l’organisme. Le système comprend un “module de détection” basé sur l’ADN qui produit des niveaux élevés d’une “séquence de déclenchement” en réponse à des signaux biologiques spécifiques. Ces séquences sont incorporées dans la “bande de téléscripteur d’ADN” de l’enregistreur pour documenter le signal.
La quantité de données qu’une seule cellule peut contenir est assez faible, seulement trois bits. Les chercheurs ont donc conçu un moyen de coder simultanément 24 populations distinctes de bactéries avec différents morceaux de données de 3 bits, pour un total de 72 bits. Ils ont utilisé cette méthode pour encoder le message “Bonjour le monde” dans les bactéries et ont montré qu’en séquençant la population combinée et en utilisant un classificateur spécialement conçu, ils pouvaient récupérer le message avec une précision de 98 %. Il est évident que 72 bits, c’est loin de la capacité de stockage des disques durs modernes, et même les techniques de stockage de l’ADN sans cellule se comptent désormais en gigaoctets. Mais selon Wang, il ne s’agit là que d’une preuve de concept. Il serait possible d’améliorer l’efficacité de la machine CRISPR qui alimente l’enregistreur, la longueur de la bande de téléscripteur qui peut être lue de manière fiable, et même l’électronique utilisée pour coder les données.
Et le stockage des données dans des cellules plutôt qu’in vitro présente un certain nombre d’avantages importants. Tout d’abord, il est beaucoup moins coûteux d’amplifier ou de dupliquer les données car il est possible de cultiver simplement plus de cellules plutôt que de devoir procéder à une synthèse artificielle complexe de l’ADN. De plus, les cellules ont déjà la capacité native de protéger l’ADN contre les perturbations environnementales. Mais le plus excitant, c’est peut-être la possibilité de coupler cette capacité d’enregistrement des données à la recherche émergente sur les bio-ordinateurs. Les chercheurs ont déjà commencé à manipuler l’ADN des cellules pour leur permettre d’effectuer des opérations logiques et de mémoire, mais la création d’une interface directe entre le silicium et les génomes pourrait accélérer considérablement notre capacité à reprogrammer les cellules pour nos propres appareils.
