Un stockage de données entièrement fonctionnel basé sur l'ADN est désormais possible grâce à une avancée récente

Dans le monde hypernumérique d'aujourd'hui, chaque entreprise s'appuie sur ses données. La quantité de données d'entreprise croît rapidement, notamment avec l'avènement de technologies avancées comme l'analyse de données. Internet des Objets (IoT), et l’IA, qui génèrent et utilisent tous deux des volumes massifs de données.

Ces données sont potentiellement importantes et il est essentiel, aujourd’hui plus que jamais, de les sécuriser de manière efficace, fiable et sûre. Pour stocker des données, vous avez besoin de solutions de stockage pour accéder, organiser, gérer, partager et utiliser efficacement les informations vitales.

Bien que votre ordinateur dispose d'une capacité de stockage, celle-ci est limitée et enregistrée sur un appareil. Elle ne peut donc être utilisée que lorsque l'appareil est allumé et y reste jusqu'à sa suppression. Pour conserver vos données à long terme, vous avez besoin de solutions de stockage.

Les périphériques de stockage sont principalement divisés en deux groupes:

• Stockage direct de surface (DAS)
• Stockage en réseau

Le DAS est directement connecté à la machine informatique qui y accède et, même s'il peut fournir des services de sauvegarde locaux décents, le partage est plutôt limité. Les périphériques de cette catégorie incluent les disquettes, les clés USB et les disques optiques tels que les CD et les DVD. 

Le stockage en réseau est désormais l'option la plus adaptée au partage de données et à la collaboration, car il permet à plusieurs ordinateurs d'accéder aux données via un réseau. Les configurations de stockage en réseau sont principalement de deux types : le stockage en réseau (NAS) et le réseau de stockage (SAN). 

Le NAS est un appareil connecté à un réseau. Le stockage et la récupération des données s'effectuent ici à partir d'un emplacement centralisé. Cette option de stockage réseau abordable permet à plusieurs utilisateurs de stocker et de partager des fichiers sur un réseau TCP/IP via Wi-Fi ou un câble.

SAN est un réseau spécialisé à haut débit qui connecte des pools partagés de périphériques de stockage à plusieurs serveurs. Il implique plusieurs périphériques de différents types, notamment :

Un disque SSD (Solid State Disk) est un type de disque dur plus rapide que les disques durs traditionnels qui utilisent une mémoire flash et des clés USB, qui sont des options électroniques où les données peuvent être mises à jour par des opérations d'effacement ou d'écriture. Le stockage hybride, quant à lui, implique un mélange de différents types de stockage : stockage flash, SSD et disques durs mécaniques (HDD).

Le stockage dans le cloud est une autre méthode rentable et évolutive, car les données sont stockées virtuellement et, par conséquent, nécessitent un accès à Internet ou à un réseau privé. Le stockage dans le cloud hybride utilise différents clouds, publics, privés et hybrides, pour différentes charges de travail. 

Développer de nouvelles technologies pour stocker les données numériques plus efficacement 

Malgré toutes ces options, le monde recherche des solutions plus efficaces face à un univers numérique qui devrait ajouter environ 175 zettaoctets de données par an d’ici 2025. Un groupe croissant de chercheurs plaide désormais en faveur de l’ADN comme une option stable et durable pour répondre à cette demande.

L'ADN est déjà exploré pour le stockage de données, même s'il en est encore à ses débuts. une taille de marché de seulement 70 millions de dollarsCependant, on estime que son TCAC sera supérieur à 80 % d’ici 2032.

Le stockage de données ADN est exactement ce que son nom indique : stocker des données numériques dans l'ADN (ou acide désoxyribonucléique), la molécule qui transporte l'information génétique nécessaire au développement et au fonctionnement d'un organisme. 

Pour créer l’ADN, quatre nucléotides différents – l’adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T) – se combinent pour former une structure en double hélice, où deux brins liés s’enroulent l’un autour de l’autre.

Lors du stockage de données dans l'ADN, les données binaires sont codées dans des brins d'ADN synthétisés, puis décodées à partir de ceux-ci. L'ADN est connu pour être stable, dense et avoir la capacité de durer longtemps. Ces qualités font de l'ADN un support de stockage intéressant. 

« L'ADN synthétique a le potentiel de stocker des ordres de grandeur de données plus importants que les appareils actuels, et d'une manière qui promet d'être beaucoup plus durable. »

– Karin Strauss, directrice principale de recherche chez Microsoft Research

En plus de stocker des données, l'ADN a également été exploré Depuis plusieurs décennies, l'informatique ADN fait l'objet de recherches et de développements en raison de ses avantages en termes d'évolutivité, de durabilité et d'efficacité énergétique, entre autres.

En 2019, des chercheurs de Microsoft et de l'Université de Washington a dévoilé le premier système entièrement automatisé pour stocker et récupérer des données à l’aide d’ADN synthétisé. Cela impliquait de coder « bonjour » dans les molécules d’ADN synthétique créées en laboratoire, puis de les reconvertir.

Les récentes avancées dans le domaine de l'informatique moléculaire suggèrent que nous pourrions même être capables de faire fonctionner des réseaux informatiques entiers à l'intérieur de cellules vivantes dans un avenir proche. Si le stockage de l'ADN existe depuis un certain temps déjà, la nouvelle étude présente le premier ordinateur moléculaire fonctionnel capable à la fois de stocker et de calculer via l'ADN au lieu d'utiliser l'électricité.

Plus tôt cette année, des ingénieurs de l'Université du Minnesota et du Rochester Institute of Technology (RIT) trouvé un moyen pour traiter les données stockées dans l’ADN. Ce « circuit intégré microfluidique » est conçu pour fonctionner via des calculs de réseau neuronal artificiel sur des données stockées dans l’ADN. Selon le co-auteur de l’article, Amlan Ganguly :

« Nous sommes à l’ère du big data qui doit être stocké quelque part. »

Il a également souligné que la construction de davantage de centres de données n’est pas la solution, car chacun d’entre eux nécessite une construction, une maintenance et une exploitation qui ne sont pas durables.

Cette étude propose de représenter des nombres par des concentrations de solutions contenant des molécules d'ADN manipulées spécifiquement. Cette manipulation représenterait des opérations de calcul telles que l'addition, la multiplication et d'autres fonctions non linéaires essentielles pour effectuer des calculs en réseau.

Il y a quelques années, Mark Bathe, professeur d'ingénierie biologique au MIT, et ses collègues, ont également présenté un moyen de sélectionner le fichier souhaité parmi un mélange de plusieurs fragments d'ADN. Pour ce faire, les chercheurs ont encapsulé chaque fichier de données dans une particule de silice de 6 μm, marquée avec de courtes séquences d'ADN qui révèlent le contenu.

Source: MIT Nouvelles

En évoquant le vaste potentiel de l'ADN pour répondre aux exigences croissantes de stockage de quantités massives de données, Bathe a souligné sa propriété fascinante : il ne consomme aucune énergie une fois le polymère d'ADN créé. Il suffit d'écrire l'ADN et de le stocker indéfiniment.

Les chercheurs ont même proposé utiliser la stabilité et la durabilité de l'ADN pour coder des données numériques afin de sécuriser et de protéger les actifs numériques.

De plus en plus de chercheurs et d’organisations sont étudient le potentiel de l'ADN pour le stockage de données et le calcul. Le marché mondial du stockage de données représente actuellement 217 milliards de dollars et devrait atteindre la somme colossale de 777.98 milliards de dollars d’ici la fin de la décennie.

Une avancée majeure dans le domaine de l'informatique basée sur l'ADN révolutionne le stockage des données

Dans la dernière étude, publié dans NatureDes chercheurs de l'Université Johns Hopkins et de l'Université d'État de Caroline du Nord ont démontré une technologie avec des fonctions de stockage de données et de calcul utilisant l'ADN au lieu de l'électronique.

Cette technologie permet de stocker, récupérer, calculer, effacer ou réécrire des données de manière répétée. Si les technologies précédentes de stockage et de calcul de l'ADN permettaient d'effectuer certaines de ces tâches, elles ne pouvaient pas toutes les accomplir.

« Dans les technologies informatiques conventionnelles, nous tenons pour acquis que les modes de stockage et de traitement des données sont compatibles entre eux. »

– Albert Keung, responsable de l’étude et professeur associé de génie chimique et biomoléculaire à l’Université d’État de Caroline du Nord

Il a également ajouté:

« Mais en réalité, le stockage et le traitement des données s’effectuent dans des parties distinctes de l’ordinateur, et les ordinateurs modernes sont un réseau de technologies complexes. » 

Étant donné que les données basées sur l’ADN sont stockées sous forme d’acides nucléiques, l’informatique ADN a du mal à déterminer comment les stocker, les récupérer et les calculer.

L'attrait de l'informatique électronique réside dans la compatibilité de tous ses composants. Or, avec le stockage de données ADN, ce n'est pas le cas. Si ce stockage offre des avantages à long terme, le développement d'une technologie ADN capable de couvrir l'ensemble des opérations des appareils électroniques traditionnels semble difficile, voire impossible. 

Aujourd’hui, la dernière étude démontre que ces technologies basées sur l’ADN sont en fait « viables parce que nous en avons créé une ».

Ce résultat a été obtenu grâce à des techniques récentes qui ont permis la création de matériaux polymères souples aux morphologies uniques. Selon le co-auteur de l'article, Orlin Velev :

« Plus précisément, nous avons créé des structures polymères que nous appelons dendricolloïdes : elles commencent à l’échelle microscopique mais se ramifient les unes des autres de manière hiérarchique pour créer un réseau de fibres à l’échelle nanométrique. »  

En 2019, des recherches de l'Université d'État de Caroline du Nord ont montré que différents polymères précipités à partir de solutions dans des conditions particulières peuvent créer des matériaux de particules dendritiques souples et uniques avec des propriétés adhésives distinctes (comme celles des pattes de gecko, qui leur permettent de coller à presque toutes les surfaces) et des propriétés de construction de structure.

À l'époque, Velev présentait l'utilisation de la nanofabrication « liquide » pour convertir des polymères en particules ramifiées après dissolution du polymère et mélange rapide de la solution avec un autre liquide. Ce mélange rapide en écoulement turbulent, un processus intrinsèquement chaotique, créait des particules ramifiées dans des structures hiérarchiques.

NC State a également déposé un brevet sur les matériaux dendritiques souples ainsi que sur le procédé de leur création.

Maintenant, pour l’étude de la solution de stockage de l’ADN, la structure qu’ils ont créée a une grande surface, permettant aux chercheurs de déposer l’ADN parmi les nanofibrilles. Ce a été atteint sans sacrifier la densité des données, ce qui rend l'ADN attrayant pour le stockage des données.

« On pourrait stocker l'équivalent de mille données d'ordinateurs portables dans un stockage basé sur l'ADN, de la même taille qu'une gomme à crayon. »

– Keung

Le premier auteur de l'étude, Kevin Lin, ancien doctorant à l'université d'État de Caroline du Nord, a déclaré que la capacité de différencier les informations ADN et les nanofibres sur lesquelles elles sont stockées permet d'exécuter de nombreuses fonctions identiques à celles que l'on peut exécuter avec des appareils électroniques. 

Selon lui, les informations ADN peuvent être copiées directement à partir de la surface du matériau sans endommager l'ADN lui-même. Outre la possibilité d'effacer des morceaux d'ADN ciblés puis de les réécrire sur la même surface, l'étude a révélé que le dépôt d'ADN sur le matériau dendricolloïde aidait réellement à préserver l'ADN.

Velev a noté qu'avec cette étude, ils « fournissent l'équivalent de microcircuits » et que le matériau dendricolloïdal fournit le circuit imprimé.

Cette nouvelle technologie de stockage et de calcul basée sur l’ADN, appelée « moteur de stockage et de calcul de l’ADN primordial », est également capable de résoudre des problèmes simples de sudoku et d’échecs 3 × 3. Les tests suggèrent que cette technologie pourrait stocker des données de manière sécurisée pendant des milliers d’années. De plus, « le matériau hôte dendrocolloïdal lui-même est relativement peu coûteux et facile à fabriquer », selon Velev.

Entreprises impliquées dans le stockage et le calcul des données ADN 

Compte tenu de l'importance des données et du besoin de solutions plus performantes, plusieurs entreprises s'intéressent au stockage de données ADN, au calcul et aux technologies moléculaires. Par exemple, Thermo Fisher Scientific (TMO) propose des solutions complètes pour le séquençage de l'ADN et la biologie moléculaire, tandis qu'Agilent Technologies (A) se concentre sur les technologies basées sur l'ADN, et Pacific Biosciences of California (PACB) se spécialise dans le séquençage à lecture longue. Helixworks Technologies a également créé un matériel de stockage de données ADN programmable permettant d'encoder des fichiers de données ou de petites applications directement dans la structure moléculaire d'un objet.

Nous allons maintenant examiner plus en détail deux grands noms du secteur. Ces deux entreprises, ainsi que Microsoft, Western Digital et plusieurs autres institutions membres, ont formé le Alliance de stockage de données ADNL'alliance vise à répondre à la croissance des données numériques en fournissant une solution de stockage de données d'archives durable et à faible coût utilisant l'ADN et en explorant sa commercialisation précoce.

# 1. Société Twist Bioscience 

Cette société est spécialisée dans l'ADN synthétique et se concentre principalement sur les technologies de stockage de données génétiques. Avec une capitalisation boursière de 2.57 milliards de dollars, l'action Twist Bioscience s'échange actuellement à 43.98 dollars, en hausse de 19.32 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 3.81 mois) est de -11.53 et son PER (sur XNUMX mois) de -XNUMX.

Pour le deuxième trimestre 2, l'entreprise rapporté chiffre d'affaires de 75.3 millions de dollars, soit une augmentation de 25 % par rapport au même trimestre de l'année dernière. La marge brute a également augmenté à 41 %, contre 31 %. Dans le même temps, environ 193,000 293.3 gènes ont été expédiés au cours de la période. XNUMX millions de dollars a été signalé en espèces, en équivalents de trésorerie et en placements à court terme.

« Nous restons déterminés et concentrés sur notre chemin vers la rentabilité. »

– PDG et cofondatrice Emily M. Leproust, Ph.D.

# 2. Illumina

Illumina est un leader des solutions de séquençage et de puces à ADN, essentielles au traitement et au stockage des données ADN. Avec une capitalisation boursière de 20.77 milliards de dollars, l'action Illumina s'échange actuellement à 130.42 dollars, en baisse de 6.33 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur les 19.18 derniers mois) est de -6.80 et son PER (sur les XNUMX derniers mois) de -XNUMX.

Pour le deuxième trimestre 2, l'entreprise rapporté Le chiffre d'affaires de la société s'est élevé à 1.09 milliard de dollars, en baisse de 6 % par rapport au deuxième trimestre 2. Sa marge d'exploitation GAAP était de 23 % et sa marge d'exploitation non GAAP de 40.5 %. À la fin du trimestre, 22.2 millions de dollars étaient détenus en liquidités, équivalents de trésorerie et placements à court terme.

« L'équipe d'Illumina a obtenu des résultats supérieurs à nos attentes au cours du trimestre, grâce à une exécution disciplinée de nos priorités stratégiques. »

– Le PDG Jacob Thaysen

Conclusion

La numérisation croissante du monde signifie que les données numériques sont sur le point de connaître une croissance exponentielle. Cette explosion de données devrait dépasser de loin la capacité des technologies de stockage existantes, d'où la nécessité d'explorer et d'adopter de nouvelles solutions telles que le stockage de l'ADN.

Comme le montre cette nouvelle étude, les avancées technologiques actuelles permettent de mettre en œuvre une gamme complète de fonctions de stockage et de calcul de données. Ces opérations comprennent le stockage et le déplacement de données, ainsi que la capacité de lire, de réécrire, d’effacer, de recharger ou de calculer des fichiers de données spécifiques, le tout de manière programmable et répétable sans dégrader l’ADN.

L'ADN, une molécule remarquable présente dans toutes les cellules vivantes, offre une densité extrêmement élevée, ce qui en fait une solution de stockage à long terme idéale (non seulement pour des centaines, mais des milliers d'années). Cela montre son immense potentiel pour transformer le monde du stockage et de l'informatique.

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