Une nouvelle étude montre le potentiel des systèmes de structures de données basés sur l’ADN –

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  • Les recherches de l’Université de Newcastle offrent des informations importantes sur la façon dont nous pourrions transformer l’ADN en une structure de données écologique par conception qui organise les données comme des ordinateurs conventionnels.

    L’équipe, dirigée par des chercheurs de la School of Computing de l’Université de Newcastle, a créé de nouvelles structures de données ADN dynamiques capables de stocker et de rappeler des informations de manière ordonnée à partir de molécules d’ADN. Ils ont également analysé comment ces structures peuvent être interfacées avec des circuits externes de calcul d’acide nucléique.

    Publication de leurs découvertes dans la revue Communication Nature, les scientifiques présentent un in vitro mise en œuvre d’une structure de données de pile utilisant des polymères d’ADN. Développé en tant que système de réaction chimique de l’ADN, le système de pile est capable d’enregistrer des combinaisons de deux signaux ADN différents (0s et 1s), de libérer les signaux en solution dans l’ordre inverse, puis de les réenregistrer.

    La pile, qui est une structure de données linéaire qui suit un ordre particulier dans lequel les opérations sont effectuées, stocke et récupère les informations (brins de signal d’ADN) dans l’ordre dernier entré, premier sorti en construisant et en tronquant des “polymères” d’ADN d’un seul ADNsb. brins. Une telle structure de données de pile peut éventuellement être intégrée dans un in vivo contexte pour stocker les ARN messagers et inverser l’ordre temporel d’une réponse traductionnelle, entre autres applications.

    Le professeur Natalio Krasnogor, de la Newcastle University’s School of Computing, qui a dirigé l’étude, explique : « Notre civilisation est avide de données et toute cette soif de traitement de l’information a un fort impact environnemental. Par exemple, les technologies numériques polluent plus que l’industrie aéronautique, le top 7000 datacenters dans le monde utilisent environ 2% de l’électricité mondiale et nous avons tous entendu parler de l’empreinte environnementale de certaines crypto-monnaies.

    “Ces dernières années, l’ADN s’est avéré être un excellent substrat pour stocker des données et l’ADN est une ressource renouvelable et durable. Chez Newcastle, nous sommes passionnés par la durabilité et nous voulions donc commencer à faire de petits pas dans l’information moléculaire écologique par conception traitement de l’ADN et aller au-delà du simple stockage de données. organiser il. En informatique, les structures de données sont au cœur de tous les algorithmes qui font fonctionner notre économie moderne ; c’est parce que vous avez besoin d’un moyen unifié et standardisé pour opérer sur les données qui sont stockées. C’est ce que permettent les structures de données. Nous sommes les premiers à démontrer une réalisation moléculaire de cette composante cruciale de l’ère moderne de l’information.”

    Le co-auteur de l’étude, le Dr Annunziata Lopiccolo, associée de recherche au Centre de biologie synthétique et de bioéconomie de l’Université de Newcastle, a ajouté : « Si nous commençons à penser au stockage de données, notre esprit imagine immédiatement les puces électroniques, les clés USB et de nombreuses autres technologies existantes. ces dernières années, les biologistes ont défié le secteur des supports de stockage de données en démontrant que la nature de l’ADN, en tant que support hautement stable et résilient, peut fonctionner comme un stockage de données quaternaire, plutôt que binaire.Dans notre travail, nous voulions démontrer qu’il est possible d’utiliser le code quaternaire pour fabriquer des entrées et des sorties lisibles sous forme de signaux programmables, avec une structure de données linéaire et organisée. Notre travail élargit les connaissances dans le contexte du traitement de l’information à l’échelle nanométrique.

    Le co-auteur de l’étude, le Dr Harold Fellermann, maître de conférences à la Newcastle University School of Computing, a ajouté : “Notre structure de données biomoléculaires, où les données ainsi que les opérations sont représentées par de courts morceaux d’ADN, a été conçue avec des implémentations biologiques à l’esprit. En principe, on peut imaginer qu’un tel dispositif soit utilisé à l’intérieur d’une cellule vivante, une bactérie par exemple. Cela permet d’apporter de la puissance de calcul à des domaines actuellement difficiles d’accès avec l’informatique électronique traditionnelle à base de silicium. A l’avenir, de telles structures de données pourrait être utilisé dans la surveillance environnementale, la bioremédiation, la production verte et même la nanomédecine personnalisée.”

    Le co-auteur de l’étude, le Dr Benjamin Shirt-Ediss, associé de recherche, Newcastle University School of Computing, a déclaré : « Il était vraiment intéressant de développer un modèle informatique de la chimie de l’ADN et de voir un bon accord avec les résultats expérimentaux issus du laboratoire. Le modèle informatique nous a permis de vraiment maîtriser les performances de la structure de données de la pile d’ADN – nous avons pu explorer systématiquement ses limites absolues et suggérer de futures pistes d’amélioration. »

    Le système expérimental d’empilement d’ADN constitue la preuve de principe qu’une chimie d’ADN polymérisant peut être utilisée comme structure de données dynamique pour stocker deux types de signal d’ADN dans l’ordre dernier entré, premier sorti. Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour déterminer le meilleur moyen d’archiver et d’accéder aux données basées sur l’ADN, l’étude met en évidence l’énorme potentiel de cette technologie et comment elle pourrait aider à répondre aux demandes de données en croissance rapide.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Newcastle. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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