Et si à l’avenir, nos données informatiques n’étaient plus stockées dans des serveurs informatiques géants, mais dans des séquences d’ADN ?

par Guillaume Renouard | 20 mars 2018

Et si à l’ave­­nir, nos données infor­­ma­­tiques n’étaient plus stockées dans des serveurs infor­­ma­­tiques géants, mais dans des séquences d’ADN ? L’idée peut sembler surpre­­nante, voire carré­­ment tirée d’une œuvre de science-fiction. Pour­­tant, la DARPA, agence du dépar­­te­­ment de la Défense améri­­caine char­­gée de la recherche dans les nouvelles tech­­no­­lo­­gies, étudie très sérieu­­se­­ment cette piste. Elle possède même un programme dédié au stockage de données infor­­ma­­tiques dans des molé­­cules (qui incluent l’ADN, mais pas seule­­ment), le Mole­­cu­­lar Infor­­ma­­tics Program (Programme d’in­­for­­ma­­tique molé­­cu­­laire).

Lancé l’an­­née dernière, celui-ci a déjà investi plusieurs millions de dollars dans des projets de recherche menés par diverses facul­­tés améri­­caines, dont Brown, Harvard, ainsi que les univer­­si­­tés de l’Il­­li­­nois et de Washing­­ton. En 2016, cette dernière est parve­­nue, en colla­­bo­­ra­­tion avec Micro­­soft, à stocker un morceau de musique entier sur de l’ADN, battant ainsi le record de la plus grosse quan­­tité de données jamais héber­­gée sur ce support. Pour révo­­lu­­tion­­ner la manière dont nous conser­­vons l’in­­for­­ma­­tion, les cher­­cheurs de Micro­­soft et de l’uni­­ver­­sité de Washing­­ton peuvent égale­­ment comp­­ter sur l’aide d’une jeune pousse instal­­lée à San Fran­­cisco, et spécia­­li­­sée dans la créa­­tion d’ADN de synthèse, Twist Bios­­cience.

Les locaux de la start-up sont instal­­lés dans le Dogpatch, vieux quar­­tier indus­­triel situé à l’est de San Fran­­cisco. De l’autre côté de la Baie, par-delà la grande éten­­due céru­­léenne aux reflets d’argent, les bâti­­ments de la ville d’Oak­­land ressemblent à des maisons de poupées aux contours indé­­cis, trem­­blo­­tants sous les rayons du Soleil. Les usines et entre­­pôts qui façonnent le paysage du Dogpatch, provi­­soi­­re­­ment lais­­sés à l’aban­­don durant la seconde moitié du XX siècle, connaissent aujourd’­­hui une nouvelle jeunesse grâce à l’es­­sor des nouvelles tech­­no­­lo­­gies. Les anciennes usines désaf­­fec­­tées accueillent une foule de start-up, les entre­­pôts sont reta­­pés en bars bran­­chés, cafés haut de gamme et restau­­rants de sushis, les dockers ont cédé la place aux hips­­ters à chemises à carreaux.

Ultime signe du vent de dyna­­misme qui souffle sur le quar­­tier : les chan­­tiers de construc­­tion, omni­­pré­­sents. Pour se rendre jusqu’au bâti­­ment où loge Twist Bios­­cience, on slalome ainsi entre les hommes casqués, les béton­­neuses et les camions, au milieu du vacarme des marteaux piqueur. Fort contraste avec les larges bureaux que Twist Bios­­cience partage avec diffé­­rentes start-up, où règne, en cette heure mati­­nale, un calme olym­­pien, seule­­ment rythmé par le bruit des touches enfon­­cées sur les claviers. Par la grande baie vitrée, on dispose d’une vue surplom­­bante sur la baie. Les derniers nuages de brume mati­­nale s’éva­­porent à la surface de l’eau.

L’art de la synthèse

Coïn­­ci­­dence amusante : Twist Bios­­cience a récem­­ment été plébis­­cité pour avoir stocké le morceau « Smoke on the Water » de Deep Purple (ainsi que « Tutu » de Miles Davis) sur de l’ADN, en colla­­bo­­ra­­tion avec ses parte­­naires de Micro­­soft et de l’uni­­ver­­sité de Washing­­ton. Car la start-up met son ADN créé en labo­­ra­­toire au service d’une foule de projets révo­­lu­­tion­­naires. Avant de les passer en revue, effec­­tuons un rapide bond dans les années 1960. Au début du film Le Lauréat, M. McGuire, homme d’af­­faires pros­­père, prend à part Benja­­min, jeune diplômé ingénu joué par Dustin Hoff­­man. Sans tergi­­ver­­ser, il lui conseille de faire carrière dans « le plas­­tique », indus­­trie selon lui promise à un grand avenir.

Non seule­­ment la scène est deve­­nue culte, mais le flaire de Mr McGuire ne l’avait pas trompé : le plas­­tique est aujourd’­­hui omni­­pré­sent dans nos vies. Or, il est essen­­tiel­­le­­ment fabriqué à partir de pétrole, une éner­­gie fossile, donc épui­­sable, et de surcroît nuisible pour l’en­­vi­­ron­­ne­­ment. Mais selon Emily Leproust, CEO de Twist Bios­­cience les choses pour­­raient bien­­tôt chan­­ger. « Si vous avez accès à de l’ADN de synthèse, vous pouvez mani­­pu­­ler le génome de la levure, de façon à ce que, lorsque cette dernière fermente le sucre, vous obte­­niez de l’acide adipique en lieu et place de l’al­­cool. Et à partir de cet acide adipique, vous pouvez ensuite fabriquer du nylon ! »

Il devient donc possible d’ob­­te­­nir du plas­­tique par fermen­­ta­­tion, comme on fabrique de la bière. Bien­­ve­­nue à l’ère de l’in­­gé­­nie­­rie bio. On peut ainsi fabriquer des tapis, mais aussi des pneus ou encore des bouteilles en plas­­tique, sans avoir recours au pétrole. Cerise sur le gâteau : cette méthode de produc­­tion est non seule­­ment plus écolo­­gique, mais aussi moins coûteuse que les tech­­niques tradi­­tion­­nelles. L’ADN de synthèse permet égale­­ment de géné­­rer de nouveaux maté­­riaux, exis­­tants dans la nature, mais jusqu’ici inuti­­li­­sables par l’homme. C’est notam­­ment le cas de la soie d’arai­­gnée.

Ce maté­­riau possède des proprié­­tés éton­­nantes : à la fois très léger et plus résis­­tant que l’acier, il pour­­rait, à l’échelle humaine, stop­­per un train lancé à pleine vitesse. Mais il est impos­­sible d’éle­­ver des arai­­gnées pour récol­­ter leur soie : les bestioles s’en­­tre­­tuent systé­­ma­­tique­­ment. Grâce à l’ADN de synthèse, il est possible, selon Emily Leproust, d’iso­­ler le gène qui permet aux arai­­gnées de fabriquer de la soie et, en recou­­rant au même procédé de fermen­­ta­­tion, de fabriquer de la soie d’arai­­gnée arti­­fi­­cielle.

Les varia­­tions sur ce thème sont infi­­nies. L’un des clients de Twist Bios­­cience, Gingko Bioworks, est parvenu à isoler le gène qui génère le parfum des roses. En ajou­­tant levures et sucres au mélange, on obtient ainsi de l’ex­­trait de rose plus vrai que nature que l’on peut incor­­po­­rer dans des fragrances haut de gamme. Un autre client, Evolva, recourt à un procédé simi­­laire pour fabriquer de l’ex­­trait de vanille.

Mais l’usage de l’ADN de synthèse ne s’ar­­rête pas là. Les appli­­ca­­tions sont égale­­ment promet­­teuses dans la santé, notam­­ment pour la décou­­verte de nouveaux médi­­ca­­ments. « Les labo­­ra­­toires testent des millions d’an­­ti­­corps diffé­­rents, pour trou­­ver celui qui permet de résis­­ter le mieux à la mala­­die. Or, pour chaque anti­­corps testé, il faut un échan­­tillon d’ADN. En dimi­­nuant le coût de ces échan­­tillons, on permet ainsi d’ac­­cé­­lé­­rer la recherche. » Twist Bios­­cience travaille actuel­­le­­ment avec neuf grands labo­­ra­­toires phar­­ma­­ceu­­tiques.

Troi­­sième usage possible de l’ADN de synthèse : lutter contre la faim dans le monde, en géné­­rant des récoltes qui ne soient plus dépen­­dantes de l’usage d’en­­grais. Ces derniers reposent sur un prin­­cipe simple : il s’agit notam­­ment d’ali­­men­­ter la plante en azote, pour accé­­lé­­rer sa crois­­sance. On recourt pour cela à divers procé­­dés chimiques, qui impliquent souvent de brûler du pétrole. Pour éviter cette étape nuisible à l’en­­vi­­ron­­ne­­ment, un client de Twist Bios­­cience emploie l’ADN de synthèse pour modi­­fier l’une des bacté­­ries situées dans le sol, de façon à ce que cette bacté­­rie capture auto­­ma­­tique­­ment l’azote dans l’air, pour le trans­­mettre ensuite à la plante. On obtient ainsi des récoltes qui n’ont besoin ni d’en­­grais, ni d’OGM, puisqu’elles tirent direc­­te­­ment leur azote du sol.

À la clé, une agri­­cul­­ture plus saine et suscep­­tible de nour­­rir davan­­tage de personnes. Ok, tout cela est fasci­­nant, mais comment ça marche, au juste ?

Gram­­maire de l’ADN

Jusqu’à une époque récente, tout cela rele­­vait encore du registre de la science-fiction. Il faut dire que les progrès réali­­sés en matière d’in­­gé­­nie­­rie géné­­tique ont été litté­­ra­­le­­ment fulgu­­rants au cours des dernières décen­­nies. Tout commence en 1953, lorsque James Watson et Fran­­cis Crick, deux jeunes cher­­cheurs en biolo­­gie, iden­­ti­­fient pour la première fois la struc­­ture en double hélice de l’ADN. Cette décou­­verte permet de comprendre comment l’in­­for­­ma­­tion géné­­tique se copie et se trans­­met. En d’autres termes, le code géné­­tique peut désor­­mais être décrypté.

Dans les années 1970, sont mises au point les premières méthodes permet­­tant de séquen­­cer l’ADN, c’est-à-dire de déco­­der l’in­­for­­ma­­tion néces­­saire aux êtres vivants pour survivre et se repro­­duire. En 1977, on parvient ainsi à séquen­­cer le tout premier génome, celui du virus Phi X174. Il faut toute­­fois attendre l’an 2000 pour que l’on parvienne pour la première fois à séquen­­cer l’in­­té­­gra­­lité du génome humain. Voilà pour l’as­­pect « lecture » de l’ADN. Twist Bios­­cience, de son côté, est spécia­­lisé dans « l’écri­­ture », la créa­­tion d’ADN de synthèse. « Pour lire l’ADN, on prend un échan­­tillon, on l’ana­­lyse avec une machine, et on en extrait les données. L’écri­­ture, c’est exac­­te­­ment l’in­­verse : on part des données, et, à l’aide d’une machine, on crée un échan­­tillon d’ADN corres­­pon­­dant. » explique Emily Leproust.

Si Twist Bios­­cience n’a pas inventé ce procédé, la jeune pousse affirme en revanche avoir consi­­dé­­ra­­ble­­ment accru son effi­­ca­­cité, en s’ins­­pi­­rant des progrès effec­­tués dans le séquençage d’ADN. « Dans les années 2000, séquen­­cer la tota­­lité du génome humain coûtait trois milliards de dollars. Aujourd’­­hui, le prix a chuté à envi­­ron 1000 dollars. Cette baisse consi­­dé­­rable a été permise par la minia­­tu­­ri­­sa­­tion : des entre­­prises comme 454 Life Sciences ou Illu­­mina sont parve­­nues à réduire la taille des échan­­tillons d’ADN utili­­sés, afin d’ob­­te­­nir une tech­­nique plus effi­­cace à un coût réduit. Nous avons fait la même chose côté écri­­ture », relate Emily Leproust.

Lancée en 2013, la start-up a eu recours à des tech­­niques d’in­­gé­­nie­­rie de pointe pour concré­­ti­­ser son projet. Là où l’on utilise tradi­­tion­­nel­­le­­ment des tablettes en plas­­tique pour stocker les échan­­tillons d’ADN, l’en­­tre­­prise utilise du sili­­cium. L’usage de ce miné­­ral résis­­tant à la chaleur, égale­­ment employé dans la confec­­tion des ordi­­na­­teurs (et qui, acces­­soi­­re­­ment, donne son nom à la Sili­­con Valley) permet de minia­­tu­­ri­­ser les échan­­tillons. Ainsi, là où une plaquette tradi­­tion­­nelle contient 96 échan­­tillons d’ADN, la version sili­­cium confec­­tion­­née par Twist Bios­­cience contient un million d’échan­­tillons sur la même surface, ce qui permet de réduire consi­­dé­­ra­­ble­­ment les coûts. L’as­­pect inno­­vant de la start-up se situe donc du côté de l’in­­gé­­nie­­rie plutôt que de la biolo­­gie pure et dure. Il s’agit, à propre­­ment parler, d’une inno­­va­­tion produit. Mais les appli­­ca­­tions de cette inno­­va­­tion dans le domaine de la biolo­­gie sont, elles, stupé­­fiantes.

Car si Twist Bios­­cience a été fondée par des ingé­­nieurs, ses clients sont bel et bien des labo­­ra­­toires de recherche en biolo­­gie, pour qui la jeune pousse fabrique des échan­­tillons d’ADN sur commande, au service de leurs expé­­ri­­men­­ta­­tions. « Lorsque vous faites de la recherche, vous devez en perma­­nence effec­­tuer des expé­­riences. Plus vous avez d’échan­­tillons d’ADN à votre dispo­­si­­tion, plus vous pouvez tester d’hy­­po­­thèses diffé­­rentes . En rédui­­sant les coûts, nous leur permet­­tons ainsi de tester davan­­tage d’idées et de concré­­ti­­ser davan­­tage de projets. » explique Emily Leproust.

Le monde dans une séquence d’ADN

Ces fulgu­­rants progrès dans la maîtrise de l’ADN suscitent aujourd’­­hui de nombreux espoirs autour de l’usage de cette molé­­cule pour stocker les données numé­­riques (ce qui nous ramène à Deep Purple). Car de tous les projets évoqués, celui-ci est peut-être à la fois le plus impor­­tant et le plus complexe. Avec le déve­­lop­­pe­­ment de l’in­­ter­­net et des objets connec­­tés, nous produi­­sons aujourd’­­hui une quan­­tité de données sans précé­dent. Ainsi, plus de données ont été géné­­rées durant la seule année 2017 qu’au cours des 5 000 années précé­­dentes de l’his­­toire de l’hu­­ma­­nité. Elles sont aujourd’­­hui stockées sur de gigan­­tesques serveurs.

Mais cette méthode a plusieurs défauts. Elle est d’abord extrê­­me­­ment coûteuse, non seule­­ment en termes de place, mais aussi d’émis­­sions carbone : l’in­­ter­­net est ainsi aujourd’­­hui respon­­sable de 3% des émis­­sions mondiales. En outre, elle n’est pas durable. Les données stockées sur une cassette élec­­tro­­ma­­gné­­tique doivent être réen­­re­­gis­­trées en moyenne tous les sept ans. Enfin, la minia­­tu­­ri­­sa­­tion de l’in­­for­­ma­­tique (expri­­mée par la fameuse loi de Moore) qui, au cours des soixante dernières années, nous a permis de réduire conti­­nuel­­le­­ment la taille du maté­­riel néces­­saire pour stocker l’in­­for­­ma­­tion, ne pourra se pour­­suivre éter­­nel­­le­­ment. Il advien­­dra forcé­­ment un moment où notre ingé­­nie­­rie se heur­­tera aux lois de la physique.

C’est ici que l’ADN entre en jeux. Expli­­ca­­tions d’Emily Leproust. « Un fichier infor­­ma­­tique est composé de 0 et de 1. Mais ce code en base deux peut être faci­­le­­ment converti en un code en base quatre, compre­­nant donc les chiffres 0, 1, 2 et 3. Et à partir de ce code en base quatre, on peut ensuite conver­­tir le fichier en utili­­sant les quatre lettres de l’ADN, A, C, G, T. On peut ainsi prendre n’im­­porte quel fichier numé­­rique et le conver­­tir sous forme d’ADN ! ». Cette dernière possède plusieurs avan­­tages. Elle est d’abord durable : l’ADN du mammouth et de l’homme de Néan­­der­­tal ont ainsi traversé des milliers d’an­­nées pour parve­­nir jusqu’à nous tota­­le­­ment intactes.

En outre, l’ADN est très économe en matière d’es­­pace : stocker un penta­­byte de données, soit l’équi­­valent de mille disques durs, pren­­drait, sous forme d’ADN, la taille d’un grain de sable. On pour­­rait ainsi stocker l’in­­té­­gra­­lité des données dispo­­nibles dans le monde dans l’équi­­valent d’un semi-remorque. Les serveurs requièrent d’im­­por­­tantes quan­­ti­­tés d’éner­­gie pour refroi­­dir les circuits et éviter la surchauffe. La taille de l’ADN étant négli­­geable, l’éner­­gie mobi­­li­­sée pour le refroi­­dis­­se­­ment serait égale­­ment bien plus faible : l’équi­­valent de la consom­­ma­­tion d’une ampoule pour tout un centre de données. Enfin, la copie prend beau­­coup moins de temps qu’en version numé­­rique.

Le prin­­ci­­pal incon­­vé­­nient réside pour l’heure dans le coût de cette méthode de stockage, qui demeure prohi­­bi­­tif. C’est pourquoi Twist Bios­­cience travaille aujourd’­­hui avec Micro­­soft, l’Uni­­ver­­sité de Washing­­ton et l’École Poly­­te­ch­­nique Fédé­­rale de Lausanne autour d’un projet de recherche visant à dimi­­nuer ce coût. C’est dans le cadre de ce projet que les morceaux de Deep Purple et de Miles Davis ont été stockés dans de l’ADN. En 2012, des cher­­cheurs de l’Uni­­ver­­sité d’Har­­vard avaient déjà fait de même avec le contenu d’un livre. Plus récem­­ment, des cher­­cheurs de cette univer­­sité ont remis le couvert en sauve­­gar­­dant les diapo­­si­­tives d’Ead­­weard Muybridge, qui, mises bout à bout, montrent un cava­­lier au pas de course et consti­­tuent l’an­­cêtre de la vidéo, sur une séquence d’ADN. C’est aussi pourquoi, depuis l’an passé, le DARPA mobi­­lise d’im­­por­­tantes ressources finan­­cières pour déve­­lop­­per le stockage ADN.

Un autre danger pèse toute­­fois sur cette méthode de stockage révo­­lu­­tion­­naire. Si l’ADN n’est pas un support digi­­tal, elle n’est pas pour autant à l’abri des hackers. Ainsi, l’an passé, des cher­­cheurs de l’Uni­­ver­­sité de Washing­­ton ont démon­­tré qu’il est possible de coder un logi­­ciel malveillant dans une séquence d’ADN. Lorsque cette dernière est lue et télé­­char­­gée sous forme de données par un ordi­­na­­teur, le logi­­ciel n’a plus qu’à infec­­ter celui-ci. Les cher­­cheurs affirment toute­­fois que ce type de menace demeure pour l’heure canton­­née à un loin­­tain hori­­zon. À condi­­tion que l’on parvienne à compres­­ser les coûts et à se prému­­nir des bioha­­ckers, le stockage des données sur l’ADN pour­­rait donc bel et bien s’im­­po­­ser comme le moyen le plus effi­­cace de sauve­­gar­­der nos infor­­ma­­tions numé­­riques. Bref, si Le lauréat était trans­­posé en 2018, nul doute que le rusé Mr McGuire conseille­­rait au jeune Benja­­min de faire carrière dans l’ADN.


Couver­­ture : Twist Bios­­cience


 

Down­load Nulled WordP­ress Themes
Down­load WordP­ress Themes Free
Down­load WordP­ress Themes Free
Down­load WordP­ress Themes Free
online free course
Download WordPress Themes
Download WordPress Themes Free
Download Premium WordPress Themes Free
Download Best WordPress Themes Free Download
free online course

Plus de turfu