Une « cassette » d'ADN stocke des pétaoctets pour des millénaires

Film plastique, ADN imprimé et lecteur rétro : le nouveau prototype

Dans un laboratoire en Chine, des chercheurs ont marié deux époques très différentes des technologies de l'information : la mémoire moléculaire de l'ADN et la commodité mécanique d'une cassette. L'équipe a imprimé de courts brins d'ADN synthétique sur un film flexible en polyester-nylon, a enroulé la bande dans une cartouche et a construit un petit lecteur capable de scanner des pistes dotées de codes-barres, de tremper un point dans une solution et de récupérer l'ADN pour le séquençage et le décodage en fichiers.

Le résultat est une preuve de concept fonctionnelle que les chercheurs décrivent comme une « cassette compacte pour le stockage de données sur ADN ». L'expérience démontre que l'ADN peut être organisé sur un support long et adressable, et accessible par des mouvements automatisés semblables à ceux d'une cassette, plutôt que d'être stocké uniquement dans des tubes ou des flacons — une étape qui, selon les auteurs, rend le support plus facile à utiliser comme système de fichiers.

Comment le système encode, protège et retrouve les fichiers

Le processus suit un modèle familier issu d'autres travaux sur le stockage d'ADN : un fichier numérique est traduit en séquences des quatre « lettres » nucléotidiques (A, T, C et G) ; ces séquences synthétiques sont déposées sous forme de minuscules gouttelettes dans des compartiments microscopiques marqués par des codes-barres sur la bande ; et une enveloppe protectrice — un revêtement métallo-organique cristallin — préserve les molécules fragiles jusqu'à ce qu'elles soient nécessaires. Pour lire un fichier, le lecteur localise le code-barres, applique un produit chimique doux pour libérer les brins de ce compartiment, les transmet à un séquenceur et traduit les appels de bases obtenus en bits et octets.

Cette architecture offre plusieurs avantages pratiques. Les codes-barres permettent au lecteur de localiser des fichiers individuels, à l'instar d'un système d'indexation de bibliothèque, et le revêtement cristallin empêche la dégradation chimique de l'ADN, ce qui permet aux chercheurs de tabler sur de longues durées de stockage. Le prototype permet également la réécriture et la réparation : des enzymes peuvent être utilisées pour retirer les anciens brins et en déposer de nouveaux à leur place, et l'équipe a fait la démonstration d'étapes simples de récupération et de redéposition autonomes à l'intérieur du lecteur.

Densité et longévité : les chiffres clés

Les chiffres sont frappants. L'équipe fait état d'une densité de stockage théorique qui, lorsqu'elle est extrapolée, pourrait atteindre des centaines de pétaoctets par kilomètre de bande — des chiffres qui se traduisent par des dizaines de pétaoctets pour une cartouche de 100 mètres. Les auteurs et les médias ont utilisé des comparaisons telles que « assez pour contenir des milliards de chansons » pour donner un sens concret de l'échelle. Ces estimations de capacité reposent sur un emballage dense de nombreux points adressables et sur de multiples copies de chaque séquence pour se protéger contre la perte de données.

La protection est cruciale car la chimie de l'ADN se dégrade lentement mais régulièrement à température ambiante. Avec l'armure de structure métallo-organique (MOF) de type imidazolate zéolitique (ZIF) ou similaire utilisée dans le prototype, l'équipe prévoit des durées de vie de l'ordre de plusieurs siècles à température ambiante. Sous stockage à froid — par exemple, près de 0 °C — le taux de dégradation ralentit considérablement, et certains rapports publics ont décrit des extrapolations impliquant une conservation de l'ordre de milliers, voire de dizaines de milliers d'années dans des conditions de froid intense. Ces chiffres plus élevés doivent être considérés comme des projections basées sur des modèles plutôt que comme des résultats mesurés : ils proviennent de l'application des mathématiques standard de décomposition chimique aux tests de vieillissement accéléré et de stabilité réalisés par les auteurs.

Performance du prototype : preuve contre production

Des mises en garde importantes séparent les chiffres de capacité et de durée de vie attrayants pour la presse de la réalité pratique. L'appareil est une démonstration de laboratoire, non un produit commercial. Dans les expériences de l'équipe, le système a écrit et récupéré de modestes fichiers de test — de l'ordre de quelques centaines de kilo-octets — et chaque cycle complet d'écriture-lecture-réécriture a pris de nombreuses minutes, voire des heures, principalement parce que les étapes chimiques de création et de lecture de l'ADN restent lentes et coûteuses. Des rapports indépendants sur l'étude ont résumé une première démonstration ayant stocké un seul fichier d'environ 156,6 Ko et ont décrit des cycles complets prenant entre des dizaines de minutes et plus d'une heure avant les optimisations. Ces taux signifient que le prototype écrit des données au mieux à un rythme de quelques kilo-octets par heure, bien plus lentement que n'importe quel disque dur ou bibliothèque de bandes conventionnels.

En d'autres termes, le système excelle actuellement par sa densité et sa durabilité en principe, mais pas par son débit. Les parties mécaniques du lecteur — le scanner de codes-barres et la manipulation de la bande — peuvent effectuer des recherches très rapidement sur la bande, mais les goulots d'étranglement sont moléculaires : la synthèse de séquences d'ADN sur mesure (écriture) et leur séquençage pour redevenir des bits numériques (lecture) restent des ordres de grandeur plus lents et plus coûteux que les opérations de stockage sur silicium.

Où cela se place-t-il dans l'écosystème du stockage ?

Les chercheurs présentent la cassette d'ADN comme un pont potentiel entre le stockage d'archivage « froid » — des fichiers auxquels on accède rarement mais que l'on souhaite conserver pendant des décennies ou des siècles — et le stockage « tiède » qui est occasionnellement lu ou mis à jour. Si les coûts de synthèse et de séquençage chutent et que la vitesse s'améliore, une bande d'ADN adressable pourrait vraisemblablement trouver sa place dans de grandes bibliothèques aux côtés des cartouches de bandes magnétiques, offrant un support à très faible consommation d'énergie et à long terme pour le patrimoine culturel et scientifique mondial. Pour l'instant, la technologie semble la plus pertinente pour les institutions qui privilégient la longévité à la vitesse d'accès immédiate : musées, archives nationales et certains ensembles de données scientifiques.

Des experts non impliqués dans l'étude avertissent qu'un progrès rapide dans la synthèse et le séquençage de l'ADN sera nécessaire avant que l'idée ne devienne pratique. L'automatisation des flux de travail moléculaires — l'avancée centrale ici — est une étape importante, mais elle ne change pas l'économie fondamentale du jour au lendemain. Pour ces raisons, l'équipe et les commentateurs extérieurs décrivent ce travail comme une technologie de plateforme importante plutôt que comme un remplacement à court terme des disques durs ou des centres de données cloud.

Obstacles pratiques et prochaines étapes

• Vitesse et coût : L'ADN synthétique reste coûteux à fabriquer et lent à produire à grande échelle. Tant que cela ne changera pas, le support sera adapté à un usage d'archivage plutôt qu'au stockage quotidien à haut volume.
• Standardisation : Une utilisation généralisée nécessitera des formats convenus et des lecteurs compatibles, afin qu'une cartouche d'ADN fabriquée aujourd'hui puisse être lue dans plusieurs décennies.
• Validation de la longévité : Les affirmations de conservation à l'échelle millénaire dépendent de modèles de dégradation et de tests accélérés ; des expériences en temps réel plus longues et des protocoles de vieillissement accéléré standardisés sont nécessaires pour être certain d'une rétention multi-millénaire.
• Politique et biosécurité : Le stockage de données arbitraires sous forme d'ADN soulève des questions de gouvernance évidentes sur la surveillance, la provenance et la limite entre les brins synthétiques bénins et les agents biologiques ; ces discussions devront avoir lieu parallèlement au développement technique.

Le projet de cassette d'ADN est représentatif d'une tendance plus large : les ingénieurs empruntent de plus en plus de solutions biologiques pour résoudre des problèmes de technologies de l'information. La densité native de l'ADN et sa stabilité sans apport d'énergie (une fois écrit et scellé) en font un candidat attrayant pour les archives de longue durée ; le format cassette fournit une interface mécanique familière et à faible consommation d'énergie qui pourrait un jour s'intégrer dans des écosystèmes de type bibliothèque pour la conservation des données.

Pour l'instant, le nouvel appareil doit être considéré comme une démonstration frappante avec des forces et des limites claires. Il montre que de l'ADN imprimé et adressable sur une bande portable peut être trouvé, lu, modifié et rescellé — un système de fichiers moléculaire en miniature — mais il met également en évidence la chimie complexe et limitante qui doit être résolue avant que le stockage sur ADN ne passe du stade de curiosité de laboratoire à celui d'infrastructure. Les années à venir détermineront si une synthèse plus rapide, un séquençage moins cher et des normes robustes feront de cette idée une option pratique pour stocker les archives les plus précieuses de l'humanité.

Sources

• Science Advances (article de recherche : "A compact cassette tape for DNA‑based data storage", DOI: 10.1126/sciadv.ady3406)
• Southern University of Science and Technology (responsable du groupe de recherche : Xingyu Jiang ; institutions correspondantes)
• Shanghai Jiao Tong University (laboratoire collaborateur)