L'ADN sur une puce : comment le dispositif en silicium d'Harvard écrit le code génétique

Des scientifiques de Harvard ont mis au point une puce en silicium capable d'écrire simultanément des dizaines de séquences d'ADN distinctes, en utilisant des signaux électriques et des enzymes en solution aqueuse plutôt que les réactifs chimiques toxiques sur lesquels repose la synthèse classique de l'ADN depuis des décennies. L'équipe décrit ce dispositif comme une voie plus propre et plus évolutive vers la fabrication de matériel génétique sur mesure.

La synthèse de l'ADN, ce processus consistant à construire de toutes pièces une séquence spécifique de code génétique, est à la base d'une grande partie de la biotechnologie moderne, de la conception de nouveaux vaccins et thérapies géniques à l'ingénierie de micro-organismes produisant des substances chimiques utiles. Les méthodes de synthèse chimique traditionnelles génèrent toutefois des déchets dangereux et deviennent difficiles à faire évoluer au-delà d'une certaine taille.

La nouvelle puce s'appuie plutôt sur des enzymes, ces machines moléculaires naturelles que les cellules utilisent déjà pour construire et réparer l'ADN. En appliquant des charges électriques précises sur un réseau de minuscules électrodes, les chercheurs peuvent contrôler exactement où, sur la puce, ces enzymes déposent chacun des quatre éléments chimiques de base de l'ADN, lettre par lettre, pour composer la séquence souhaitée.

Comme chaque électrode de la puce peut être contrôlée individuellement, le dispositif peut, en principe, écrire de nombreuses séquences d'ADN différentes en parallèle plutôt qu'une à la fois. Cette structure parallèle permet de produire simultanément des dizaines de séquences sur une seule puce, accélérant considérablement un processus traditionnellement lent et coûteux.

L'utilisation d'une chimie enzymatique en solution aqueuse plutôt que des solvants organiques et réactifs toxiques courants dans la synthèse chimique de l'ADN signifie également que le processus génère beaucoup moins de déchets dangereux, corrigeant un inconvénient environnemental critiqué à mesure que la demande d'ADN synthétique croît dans la recherche et l'industrie.

Les chercheurs affirment que la précision et l'évolutivité de cette technologie pourraient à terme permettre des dispositifs d'écriture d'ADN véritablement portables, assez petits pour être utilisés en dehors d'un laboratoire spécialisé. Cela pourrait ouvrir la synthèse d'ADN sur mesure à des contextes tels que des stations de recherche de terrain ou de petits laboratoires universitaires, qui dépendent actuellement de commandes expédiées par des entreprises de synthèse spécialisées.

Au-delà des applications biotechnologiques, les scientifiques s'intéressent depuis longtemps à l'ADN comme support potentiel de stockage de données numériques, un seul gramme d'ADN pouvant théoriquement encoder une quantité d'informations énorme, bien plus dense que les disques durs classiques, et rester stable pendant des siècles dans de bonnes conditions de conservation.

Un procédé d'écriture parallèle sur puce comme celui que décrivent les chercheurs de Harvard constituerait une étape importante vers un stockage de données ADN véritablement praticable à grande échelle, l'un des principaux goulots d'étranglement de ce domaine ayant toujours été le coût et la vitesse d'écriture de grands volumes de séquences d'ADN sur mesure.

Les chercheurs précisent que des travaux d'ingénierie supplémentaires sont nécessaires avant que la puce ne puisse prendre en charge le type de stockage de données ADN à très grande échelle envisagé par certains scientifiques, de nouvelles avancées en chimie étant probablement nécessaires pour augmenter encore davantage le débit et la précision au-delà de ce qu'atteint le prototype actuel.

L'équipe affirme néanmoins que les résultats actuels démontrent que l'écriture enzymatique de l'ADN sur puce, pilotée par l'électricité, constitue une alternative viable aux anciennes méthodes chimiques, et s'attend à ce que l'approche soit encore affinée à mesure que la chimie enzymatique sous-jacente et la conception de la puce seront optimisées dans de futurs travaux.