Informaticiens à l'Université de Californie, Davis, L'université de Maynooth en Irlande et le California Institute of Technology ont créé des molécules d'ADN qui peuvent s'auto-assembler en motifs essentiellement en exécutant leur propre programme. L'ouvrage est publié le 21 mars dans la revue La nature .

"Le but ultime est d'utiliser le calcul pour développer des structures et permettre une ingénierie moléculaire plus sophistiquée, " a déclaré David Doty, professeur adjoint d'informatique à UC Davis et co-premier auteur de l'article.

Le système est analogue à un ordinateur, mais au lieu d'utiliser des transistors et des diodes, il utilise des molécules pour représenter un nombre binaire de six bits (par exemple, 011001). L'équipe a développé une variété d'algorithmes qui peuvent être calculés par les molécules.

« Nous avons été surpris par la polyvalence des algorithmes que nous avons pu concevoir, bien qu'il soit limité aux entrées six bits, " a déclaré Doty. Les chercheurs ont pu concevoir et exécuter 21 algorithmes au cours des expériences, démontrer le potentiel du système, il a dit.

Travaillant initialement en tant que boursiers postdoctoraux avec le professeur Erik Winfree à Caltech, Doty et co-auteur principal Damien Woods, maintenant à l'Université Maynooth, conçu une bibliothèque de pièces courtes, ou tuiles, d'ADN. Chaque tuile d'ADN se compose de 42 bases (A, C, G ou T) disposés en quatre domaines de 10-11 bases. Chaque domaine peut représenter un 1 ou un 0 et peut s'en tenir à certains domaines sur d'autres tuiles. Il n'y a pas deux tuiles parfaites.

Deux des quatre domaines sur chaque tuile sont « entrée, " et deux "sortie". Dans une diode électronique, transistor ou porte logique, une valeur de 0 ou 1 à l'entrée (ou aux entrées) donnera une valeur connue à la sortie. De la même manière, selon les tuiles sélectionnées par les chercheurs pour commencer leur programme, ils pourraient obtenir une sortie connue à l'autre extrémité.

En commençant par les six bits d'entrée d'origine, le système ajoute rangée après rangée de molécules, l'exécution progressive de l'algorithme. Au lieu de l'électricité circulant dans les circuits, des rangées de brins d'ADN collés ensemble effectuent le calcul.

C'est un peu comme avoir un ensemble de briques Lego, dont certains adhéreront spontanément à d'autres briques. Sélectionnez un ensemble de briques pour commencer, mélangez-les ensemble et regardez-les s'auto-assembler en une structure.

Le résultat final du programme est quelque chose comme une écharpe tricotée d'ADN, fait de tuiles collées ensemble selon un motif défini par le programme original. Les résultats sont lus au microscope à force atomique, qui détecte une molécule marqueur attachée à l'ADN.

L'équipe a pu démontrer des algorithmes pour une variété de tâches, y compris des exercices de comptage, marches aléatoires et dessins de motifs tels que zigzags, diamants et une double hélice dans l'ADN.

Doty et Woods ont commencé le travail en tant qu'informaticiens théoriques, ils ont donc dû maîtriser certaines compétences de « labo humide ». À l'avenir, la programmation moléculaire pourrait fonctionner à un niveau supérieur, dit Winfree. Les codeurs d'aujourd'hui n'ont pas besoin de comprendre la physique des transistors, par exemple.

Chez UC Davis, Doty travaille maintenant sur les aspects théoriques de la programmation moléculaire. L'ADN est d'un intérêt particulier car il représente à la fois des informations sous forme moléculaire, et il est relativement facile de travailler avec, il a dit.

"C'est un grand cadeau que les biologistes moléculaires nous ont fait des informaticiens, " il a dit.