L'ADN est le disque dur du futur

L’humanité est douée pour créer des choses, mais il y a une chose que notre espèce crée plus que toute autre chose: l’information.

En 2013, une étude concluait que 90 % de toutes les données mondiales avaient été générées au cours des deux années précédentes, et pourtant cette quantité semble encore faible par rapport aux années récentes. En 2017, 26 zettaoctets (un zettaoctet = un milliard de téraoctets) de données ont été créés, soit plus que tout ce qui a été créé au cours des années 2010 à 2013 réunies.

Selon un rapport publié en 2019, nous partageons chaque jour 95 millions de photos et de vidéos sur Instagram, publions 500 millions de tweets sur Twitter et envoyons 294 milliards d'e-mails. Même si Internet peut sembler éthéré, toutes ces données doivent être stockées physiquement, sur des disques durs et des serveurs partout dans le monde. Le problème est que ces supports traditionnels de stockage de données ne pourront probablement pas suivre le flot de données attendu au cours de la décennie à venir.

Quelle est la solution? Le disque dur du futur pourrait en réalité être quelque chose de très ancien, quelque chose qui se trouve à l’intérieur de chaque personne qui lit ceci: l’ADN.

Manuel d'instructions de la nature

L'acide désoxyribonucléique, ou ADN, est la molécule qui dicte le développement d'un organisme. Une molécule d'ADN contient quatre bases azotées — adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C) — et la séquence de ces bases forment des instructions sur la manière dont les cellules doivent se développer, influençant des éléments tels que la couleur des cheveux et des yeux, la taille, etc. sur. L'ADN est essentiellement le manuel d'instructions pour construire un corps.

L’ADN peut également contenir une quantité impressionnante d’informations: 215 pétaoctets (1 pétaoctet équivaut à environ 100 millions de gigaoctets) de données sur un seul gramme. Sa longévité est tout aussi impressionnante. Les supports traditionnels comme les bandes magnétiques et les mémoires flash ont tendance à se dégrader, que ce soit à cause d'une utilisation répétée ou simplement du temps. L’ADN se dégrade également, mais à un rythme nettement plus lent: selon les conditions de stockage, il peut durer des milliers, voire des dizaines de milliers d’années.

Il n’est donc pas surprenant que les chercheurs considèrent le système de stockage naturel comme un réceptacle du flux incessant d’informations du monde.

« La boucle est presque bouclée », déclare Hyunjun Park, PDG de Catalog, une entreprise qui construit une plate-forme de stockage basée sur l'ADN. "Nous retournons à la nature pour trouver l'inspiration pour développer ce média."

Catalog est l'une des sociétés à la pointe de cette technologie, créant une plate-forme de stockage basée sur l'ADN capable d'héberger les fichiers de plus en plus volumineux des utilisateurs. 5G, ère de la haute définition.

Un potentiel merveilleux à un prix cauchemardesque

L’idée de stocker des données sur l’ADN a été proposée dans les années 60 par le scientifique soviétique Mikhaïl Neiman. Au cours des décennies qui ont suivi, les chercheurs ont fait de grands progrès dans ce domaine, mais des obstacles importants se sont toutefois heurtés.

"Le goulot d'étranglement qui a empêché cette technologie de se généraliser", explique Park, "était le fait qu'elle est très coûteuse et lente à stocker beaucoup d'informations".

Selon une étude publiée en 2018, la technique de stockage ADN la plus rentable à l'époque coûtait environ 3 500 $ par Mo pour écrire les données et 1 000 $ par Mo pour les lire, alors ne retirez pas tout de suite votre disque SSD.

Catalog vise à réduire le coût du stockage de l'ADN en créant ce qu'ils comparent à une presse à imprimer, l'appareil révolutionnaire qui utilisait des blocs de lettres interchangeables, enduits d'encre, pour imprimer rapidement pages.

« Avant, explique Park, les bases de l’ADN – ATCG – pouvaient être utilisées pour « représenter n’importe quelle longue chaîne de 1 et de 0, car ce sont les données que vous essayez d’écrire. Mais le problème avec cette approche est que chaque paire de bases que vous ajoutez a un coût et prend du temps.

Dans la méthode d’imprimerie de Catalog, les blocs de bois sont « des blocs de molécules d’ADN que nous avons pré-synthétisés, mais en grande quantité. Dans le monde de l’ADN », explique-t-il, « si vous essayez de synthétiser de grandes quantités de quelques molécules différentes – disons, de l’ordre de 100 – c’est vraiment bon marché et facile à faire.

« Mais si vous essayez de synthétiser de très petites quantités d’un million de molécules différentes, poursuit-il, c’est très coûteux et lent. Nous prenons ces blocs plus gros que nous avons fabriqués en grande quantité et nous utilisons l'imprimante que nous avons développée pour les disposer différentes combinaisons et les attacher ensemble afin que nous obtenions cette grande variété de molécules différentes que nous pouvons ensuite attribuer différentes informations à."

Construire un meilleur ordinateur grâce à la nature

Si les capacités de stockage de l’ADN intriguent, Park est également enthousiasmé par son potentiel informatique. Pendant des années, les ordinateurs ont suivi à peu près la voie tracée par la loi de Moore, qui stipulait que tous les deux ans environ, nous pouvions doubler le nombre de transistors pouvant être installés sur une puce informatique. Cependant, les puces informatiques sont devenues si petites de nos jours qu’il est de plus en plus improbable que nous puissions continuer à y insérer davantage de transistors. Essentiellement, La loi de Moore est morte, ou du moins dans un hospice.

Cependant, le besoin de l’humanité d’ordinateurs toujours plus performants est réel, et c’est pourquoi les chercheurs se précipitent pour développer de nouveaux types d’ordinateurs (ordinateurs quantiques, Par exemple). Un ordinateur basé sur l’ADN est une possibilité.

"Nous pensons qu'une fois que nous avons des données sur l'ADN, nous pouvons utiliser des enzymes et d'autres molécules d'ADN pour calculer ces données", explique Park, "et c'est une manière très efficace et extrêmement parallèle de calculer ces données. Il ne s’agira pas de toutes les applications quotidiennes ni de tous les problèmes informatiques, mais d’un ensemble de problèmes qui deviennent de plus en plus importants pour la société, nous pensons que l'ADN sera un excellent moyen de résoudre il."

Park dit que les ordinateurs à ADN seraient bien adaptés aux problèmes dans lesquels vous disposez d'une grande quantité de données, mais les calculs que vous devez effectuer ne sont pas trop complexes. À titre d’exemple, il imagine un scénario dans lequel quelqu’un doit parcourir des exaoctets de données de recensement.

"Vous voulez pouvoir rechercher rapidement tout cela simultanément et trouver les noms des personnes qui répondent à un certain ensemble de critères comme une certaine tranche d’âge, une certaine tranche de revenus ou une région géographique », a-t-il déclaré. dit. "Pour faire cela sur un ordinateur traditionnel, pour pouvoir parcourir tous les exaoctets que vous avez accumulés pendant des décennies, vous devriez relire la bande magnétique. qui est stocké à froid… puis calculez-le en blocs qui rentrent dans la mémoire, puis en blocs qui rentrent dans l'unité de traitement, et faites-le en série manière. Si vous l'avez dans l'ADN, le volume serait vraiment petit en raison de la densité informationnelle de l'ADN, et donc vous déposeriez quelques sondes qui se lient à la caractéristique que vous recherchez pour."

Une révolution en vue

Alors, quand devriez-vous vous préparer à jeter votre équipement actuel et à le remplacer par des pièces informatiques bioorganiques? Probablement pas de si tôt.

"Je pense que dans un avenir proche", dit Park, "le processus d'écriture par lequel vous convertissez des données numériques en ADN se déroulera dans des installations spécialisées." Données ADN Les installations hébergeront les données basées sur l'ADN, auxquelles les gens pourront accéder comme ils le feraient sur un serveur traditionnel, bien qu'il suggère que les gens puissent obtenir des copies de leurs données lors des tests. tubes.

Pour l’instant, le stockage et l’informatique basés sur l’ADN ne constitueront probablement pas une partie notable de la vie quotidienne, mais pourraient avoir un impact énorme sur la vision globale de l’humanité.