Au moyen de l’ADN, l’ordinateur biomoléculaire devient logique

Les ordinateurs biomoléculaires, faits d’ADN et d’autres molécules biologiques, ne se trouvent actuellement que dans quelques laboratoires spécialisés inaccessibles au grand public. A l’Institut Weizmann, Tom Ran et Shai Kaplan, doctorants du laboratoire du professeur Ehud Shapiro, du département de Chimie biologique, et du département d’Informatique et de mathématiques appliquées, ont découvert un moyen de rendre « conviviaux » ces dispositifs informatiques microscopiques. Même pendant qu’ils font des calculs complexes ou répondent à des questions difficiles.
Le professeur Shapiro et son groupe de l’Institut Weizmann ont commencé à utiliser en 2001 le premier dispositif ADN informatique autonome programmable. Ce dispositif, tellement petit qu’il peut y en avoir un million de millions dans une goutte d’eau, est capable d’exécuter des calculs simples, comme par exemple passer en revue une liste de 0 et de 1 pour trouver s’il y a un nombre pair de 1. Une nouvelle version de ce dispositif, créée en 2004, peut détecter un cancer dans une éprouvette et libérer une molécule pour le détruire. On peut imaginer des possibilités extraordinaires, non seulement que ces dispositifs biologiques puissent à l’avenir être injectés dans le corps (une sorte de « docteur en cellule » capable de localiser une maladie et d’empêcher sa propagation), mais aussi que les ordinateurs biomoléculaires soient capables d’exécuter en parallèle des millions de calculs.
Dans un article publié dans la «revue Nature Nanotechnology», le professeur Shapiro et son groupe ont présenté un programme de pointe pour les ordinateurs biomoléculaires, qui leur permet de « penser » logiquement. La série de déductions utilisée par ce dispositif perfectionné rend un son familier, car il s’agit du syllogisme proposé par Aristote il y a plus de deux mille ans: tous les hommes sont mortels, or Socrate est un homme, donc Socrate est mortel. Lorsqu’on introduit dans l’ordinateur une prémisse (tous les hommes sont mortels) et un fait (Socrate est un homme), l’ordinateur répond correctement à la question : « Socrate est-il mortel?» Le groupe a continué à alimenter l’ordinateur avec des questions plus complexes comprenant des règles et des faits multiples, et les dispositifs informatiques ADN ont montré qu’ils étaient capables de déduire les conclusions exactes.
Parallèlement, le groupe de recherche a créé un compilateur (logiciel destiné à faciliter la communication entre un langage de programmation de haut niveau et un code informatique d’ADN. Après avoir mis au point ce compilateur, les chercheurs ont pu poser une question du genre: « Mortel (Socrate)?» Pour calculer la réponse, différents brins d’ADN représentant les règles, les faits et les questions ont été assemblés par un système automatique qui permet une recherche hiérarchique. La réponse est encodée dans la production de protéines fluorescentes qui émettent un éclair de lumière verte: une partie des brins a une version biologique du signal lumineux liée à une deuxième protéine qui la recouvre entièrement et ainsi empêche toute émission de lumière.     [rj]