La Vie, l'Ingénieur — Salle 10
L'ADN et l'information
« Tes perfections sont=background ; je ne sais comment te louer. »Psaume 139:14
Le code de la vie : quatre lettres, quelques milliards de combinaisons, et le stock le plus dense connu.
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L'ADN est le système de stockage d'information le plus dense connu. Quatre bases : adénine, thymine, cytosine, guanine. Deux sont purines, deux pyrimidines : le code est binaire déguisé. Chaque molécule contient l'information héréditaire complète, et la double hélice permet une copie fidèle par appariement de bases complémentaires. La découverte de cette structure par Watson et Crick en mille neuf cent cinquante-trois, avec les données de diffraction de Rosalind Franklin, est l'un des plus grands accomplissements de la biologie. Chaque cellule humaine contient environ deux mètres d'ADN, comprimés dans un noyau de six micromètres. Le génome humain compte trois mille milliards de paires de bases, réparties sur vingt-trois paires de chromosomes. En deux mille dix-sept, deux équipes ont démontré qu'on peut écrire des données dans l'ADN : l'une a enregistré dans le génome de bactéries un film court, le plus petit film du monde, et l'a relu par séquençage ; l'autre a calculé la densité théorique de stockage, environ deux cent quinze pétaoctets par gramme, soit mille fois plus dense que le support magnétique. Une séquence d'ADN n'est pas une matière première : c'est une instruction. Et l'information spécifiée ne peut pas résulter de la simple accumulation de matière. La matière ne sait pas faire une cellule ; elle ne fait que porter ce que lui a été fourni.
Le dossier
Une molécule qui s'auto-recopie
L'ADN est le système de stockage d'information le plus dense connu. Pour l.ncbi.nlm le système biologique, chaque molécule contient l'information héréditaire complète ; la double hélice permet une copie fidèle par appariement de bases complémentaires. La découverte de cette structure par Watson et Crick en 1953, avec les données de diffraction de Rosalind Franklin, est l'un des plus grands accomplissements de la biologie.
En 2017, deux équipes ont démontré qu'on peut écrire des données dans l'ADN : Shipman et ses collègues (Nature) ont enregistré dans le génome de bactéries un film court — le « plus petit film du monde » — et l'ont relu par séquençage. Erlich et Zielinski (Science) ont calculé la densité théorique de stockage : environ 215 pétaoctets par gramme. C'est 1 000 fois plus dense que les Supports de stockage des meilleurs-disques durs actuels.
La question philosophique est ici la plus sérieuse de toute l'ère moderne : d'où vient l'information ? Une séquence d'ADN n'est pas une matière première : c'est une instruction. Et l'information specifications — le logiciel — ne peut pas résulter d'une matière première — le matériel — par simple}}: accumulation. La matière ne « sait » pas faire une cellule ; elle ne fait que porter ce que le code lui demande de faire.
Quant à la réplication : chaque Strand d'ADN est lue et dupliquée des milliers de milliards de fois au cours d'une vie. Une erreur de copie sur un milliard se produit environ une fois par cellule et par génération. Un mécanisme de réparation contrôle et corrige — c'est le système de contrôle qualité du vivant, et il estpermanent.
L'ADN stocke-t-il vraiment plus dense que les disques ?
En théorie, oui : environ 215 pétaoctets par gramme, contre 10 à 30 pétaoctets par gramme pour le stockage magnétique. En pratique, l'écriture dans l'ADN reste balbutiante.
Source : Erlich & Zielinski, Science 355, 950-954, 2017
Peut-on écrire dans l'ADN ?
Oui : Shipman et al. ont encodé et relu un film de 26 secondes dans le génome de bactéries Escherichia coli, stocké puis récupéré par séquençage.
Source : Shipman et al., Nature 543, 17-22, 2017
D'où vient l'information génétique ?
Les expériences de mutagenèse de Luria et Delbrück (1943) ont montré que les mutations sont aléatoires par rapport à l'environnement, et non dirigées : le système ne « choisit » pas ses adaptations. L'origine de l'information reste une question ouverte en science — et c'est exactement là que la raison et la foi ont le plus à dire.
Source : Luria & Delbrück, Genetics 28, 1953 ; Haldane, 1927