Un ordinateur basé sur l’ADN peut exécuter 100 milliards de programmes différents

Un ordinateur liquide peut utiliser des brins d’ADN pour exécuter plus de 100 milliards de programmes simples différents. Il pourrait éventuellement être utilisé pour diagnostiquer des maladies au sein des cellules vivantes.

Fei Wang de l’Université Jiao Tong de Shanghai en Chine et ses collègues ont entrepris de créer des circuits similaires à ceux d’une puce informatique, sauf que les molécules d’ADN agissent comme des fils et ordonnent aux fils de se configurer d’une certaine manière.

Lorsque vous entrez une commande sur un ordinateur conventionnel, celle-ci demande aux électrons de suivre un chemin spécifique sur une puce de silicium. Ces configurations de circuits correspondent chacune à différentes opérations mathématiques : ajouter des fonctions aux puces, c’est ajouter de tels chemins.

Pour remplacer le câblage par de l’ADN, Wang et son équipe ont modélisé comment combiner de courts segments d’ADN en structures plus grandes qui pourraient servir de composants de circuit, comme des fils, ou fonctionner pour diriger ces fils afin de former différentes configurations.

Ils ont mis cela en pratique en remplissant des tubes de brins d’ADN et d’un fluide tampon et en les laissant s’attacher les uns aux autres, se combinant en molécules plus grosses par des réactions chimiques. Les chercheurs ont également équipé toutes les molécules de marqueurs de fluorescence afin de pouvoir suivre ce que faisait le circuit en fonction de la luminosité de ses pièces.

Ils ont appelé les éléments constitutifs de leurs réseaux de portes programmables basés sur l’ADN informatique (DPGA), et chaque DPGA pourrait être conçu pour mettre en œuvre plus de 100 milliards de circuits distincts en ajoutant différentes molécules courtes dans son tube.

Dans une expérience, ils ont connecté trois DPGA, comprenant environ 500 brins d’ADN, pour créer un circuit permettant de résoudre des équations quadratiques, et dans une autre, ils ont créé un circuit permettant de prendre des racines carrées. Ils saisissent des nombres en ajoutant des molécules d’une forme spécifique qui participent ensuite à des réactions chimiques avec les molécules qui composent le circuit, analogue à un électron se déplaçant dans des fils.

Les sorties de chaque circuit étaient des molécules produites par la dernière réaction. Les chercheurs ont pu les lire en mesurant leur lueur fluorescente.

Ils ont utilisé des méthodes similaires pour concevoir un DPGA capable de classer différentes petites molécules d’ARN, en sélectionnant celles connues pour être liées à un type de cancer du rein.

Cette dernière expérience marque le début de ce que l’équipe souhaite faire à terme avec la technologie DPGA. Étant donné que les molécules d’ADN sont intrinsèquement compatibles avec les systèmes biologiques, elles pourraient offrir un moyen naturel de réaliser des diagnostics intelligents de différents types de maladies par contact direct avec des fluides corporels ou même à partir des cellules, explique Wang. Il affirme que les dispositifs de diagnostic basés sur DPGA seraient très efficaces et capables d’exécuter plusieurs opérations à la fois.