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Le calcul de l’ADN est la réalisation de calculs utilisant des substances biologiques, plutôt que des puces de silicium traditionnelles. Le concept selon lequel les molécules individuelles (ou même les atomes) pourraient être utilisés pour les temps de calcul jusqu’en 1959, lorsque le physicien américain Richard Feynman a présenté ses idées sur la nanotechnologie. Cependant, le traitement de l’ADN n’avait été réellement reconnu qu’en 1994, lorsque l’informaticien américain Leonard Adleman a démontré comment les molécules pouvaient être utilisées pour résoudre un problème informatique. Un calcul peut être considéré comme l’exécution d’un algorithme, qui lui-même peut être considéré comme une liste étape par étape de directions bien définies qui prend une certaine entrée, le traite et produit un résultat. Dans le calcul de l’ADN, l’information est symbolisée à l’aide de l’alphabet héréditaire à 4 caractères (A [adénine], G [guanine], C [cytosine] et T [thymine]), plutôt que l’alphabet binaire (1 et ) utilisé par l’ordinateur conventionnel systèmes. C’est vraiment possible parce que de courtes molécules d’ADN de n’importe quelle séquence arbitraire peuvent être synthétisées sur commande. L’entrée d’un algorithme est donc représentée (dans le cas le plus simple) par des molécules d’ADN avec des séries spécifiques, les directions sont complétées par des procédures de laboratoire sur les molécules (comme les travailler en fonction de la longueur ou découper des brins contenant une certaine sous-séquence), ainsi que les le résultat est décrit comme une propriété du groupe final de molécules (comme l’existence ou l’absence d’une séquence spécifique). L’expérience d’Adleman consistait à tracer un chemin à travers un réseau de « villes » (étiquetées « 1 » à « 7 ») reliées par une « route » à sens unique. Le problème spécifie que l’itinéraire doit commencer et se terminer dans des communautés spécifiques et visiter chaque ville une seule fois. (Ceci peut être considéré par les mathématiciens comme le problème du cours hamiltonien, un cousin du problème du voyageur de commerce beaucoup plus connu.) Adleman avait profité de la complémentarité Watson-Crick de l’ADN-A et du T qui se collaient par paires, tout comme G et C (donc la séquence AGCT collerait parfaitement à TCGA). Il a conçu de brefs brins d’ADN pour représenter les villes et les routes de manière à ce que les brins de route emprisonnent les brins de la ville les uns avec les autres, formant des séquences de villes qui représentaient des chemins (comme la vraie solution, qui est devenue « 1234567 »). La plupart des séquences de ce type représentaient de mauvaises réponses au problème (« 12324 » parcourt une ville plus d’une fois et « 1234 » ne visite pas toutes les villes), mais Adleman a utilisé suffisamment d’ADN pour être raisonnablement sûr que la bonne réponse sera symbolisée. dans son contenant préliminaire de brins. Le problème était alors de tirer ce remède unique. Il y est parvenu en amplifiant considérablement au départ (à l’aide d’une méthode appelée réaction en chaîne par polymérase [PCR]) uniquement les séquences qui commençaient et se terminaient dans les bonnes villes. Il a ensuite classé le groupe de brins par durée (en utilisant une méthode connue sous le nom d’électrophorèse sur gel) pour s’assurer qu’il ne retenait que les brins de la bonne longueur. Enfin, il a utilisé à plusieurs reprises une «canne à pêche» moléculaire (filtrage par affinité) pour s’assurer que chaque ville était ainsi symbolisée dans les séquences de prospection. Les brins qui restaient à Adleman avaient ensuite été séquencés pour montrer la solution au problème. Même si Adleman cherchait simplement à établir la faisabilité du traitement avec des substances, peu de temps après son bulletin d’information, son expérience a été présentée par certains comme le début d’un concours entre les systèmes informatiques basés sur l’ADN et leurs alternatives au silicium. Certaines personnes pensaient que les ordinateurs moléculaires pourraient un jour résoudre des problèmes qui mettraient les machines existantes en difficulté, en raison de l’énorme parallélisme naturel de la biologie. Étant donné qu’une petite goutte d’eau peut contenir des milliards de brins d’ADN et parce que les opérations biologiques agissent sur chacun d’eux – efficacement – en parallèle (au lieu d’un à la fois), il a été affirmé qu’une fois, les ordinateurs à ADN pouvaient signifier (et résoudre) des problèmes difficiles qui dépassaient le cadre des ordinateurs « normaux ». Néanmoins, dans de nombreux problèmes difficiles, le nombre d’options réalisables augmente de façon exponentielle avec les dimensions du problème (par exemple, le nombre d’options peut doubler pour chaque ville ajoutée). Cela signifie que même des problèmes assez minimes nécessiteraient des volumes d’ADN ingérables (sur l’achat de grandes baignoires) afin de signifier toutes les réponses possibles. L’expérience d’Adleman était importante car elle effectuait des calculs à petit niveau avec des molécules biologiques. Mais surtout, il ouvrait la possibilité de réponses biochimiques immédiatement programmées.