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De l'ADN artificiel pour de futurs bio-ordinateurs

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Des chimistes japonais viennent de synthétiser une forme d'ADN inconnue dans la nature, de composition différente. Ce bricolage biochimique ouvre des perspectives en nanosciences, notamment pour réaliser des bio-ordinateurs.

Le nouvel ADN des chimistes japonais avec de nouvelles bases. Crédit : Courtesy of Masahiko Inouye

Dans son ouvrage Qu'est-ce que la Vie, Erwin Schrödinger avait défini la feuille de route à suivre pour percer les secrets de l'information biologique. Son petit livre publié en 1944 introduisait déjà l'idée qu'il devait exister dans les chromosomes une sorte de cristal apériodique porteur de l'information génétique.

En effet, pensait le physicien, pour rester relativement stable de génération en génération, malgré les collisions incessantes avec les molécules circulant dans les cellules (le fameux bruit thermique dont même les astrophysiciens doivent se soucier pour extraire les informations des signaux enregistrés par leurs instruments), les chromosomes doivent être constitués d'un assemblage d'atomes suffisamment important.

Cet assemblage devait posséder une certaine régularité pour contenir de l'information et donc ressembler à un cristal ordonné. Mais il ne pouvait pas s'agir d'un cristal parfait, trop peu riche en informations et trop rigide pour les transformations biologiques. D'où l'oxymoron de cristal apériodique employé par Schrödinger.

Le programme à suivre était donc clair : « purifiez les matériaux biologiques, utilisez les techniques de diffraction par rayons X de la cristallographie et vous devriez découvrir le secret de l'hérédité et de la Vie ». C'est ce que firent Watson et Crick en 1953 en se basant entre autres sur des découvertes de Maurice Wilkins et Rosalind franklin.

Un ADN plus stable

Tout le monde connaît maintenant la structure en double hélice de l'ADN, avec ses deux brins constitués d'une succession de nucléotides. Ces bases azotées, représentées par des lettres (A pour l'adénine, G la guanine, C la cytosine, T la thymine) portent l'information génétique et, entre deux brins, s'associent par paires (A-T et G-C).

En 1994, Leonard Adleman a démontré  la possibilité de construire de véritables bio-ordinateurs à ADN, bien adaptés pour résoudre, par des calculs en parallèle, certains problèmes difficiles de mathématiques combinatoires (très longs à traiter avec un ordinateur classique). En 2002, Ehud Shapiro de l'Université Weizmann réalisa d'ailleurs un premier nano-ordinateur à ADN.

C'est dans cette perspective de l'informatique à ADN que la performance de Masahiko Inouye et ses collègues de l'université de Toyama, est intéressante. Ces chimistes japonais viennent en effet de réaliser la synthèse d'un ADN artificiel dont les nucléotides ne sont pas constitués des bases azotées de l'ADN naturel. Plus stable et plus facilement manipulable, cet ADN artificiel permettrait de réaliser plus facilement et plus efficacement des bio-ordinateurs.

En outre, l'ADN informatique pourrait aussi servir à stocker l'information, comme il le fait naturellement. Si on compte en bits, la densité enregistrée au cœur de nos cellules est proprement phénoménale et peut faire rêver à un successeur des disques durs et autres SSD, de capacités par unité de surface (ou de volume) supérieures de plusieurs ordres de grandeur..