Que ferait Paul Cézanne de cette nature morte aux fruits produite par des microbes ? Félix Moser (MIT) Les bactéries qui répondent au rouge, la lumière verte et bleue a produit des œuvres d'art tricolores saisissantes qui ont fait le tour en ligne, mais la contribution qu'ils apportent au domaine de la biologie synthétique est encore plus impressionnante.
Les bactéries artistiques ont été conçues par Chris Voigt, professeur de génie biologique au Massachusetts Institute of Technology, et son équipe, qui veulent programmer des cellules pour exécuter des fonctions et également construire des matériaux de bas en haut.
"Les cellules sont des architectes atomiques incroyables. Elles sont capables de construire des matériaux très précis que vous ne pouvez pas faire avec la chimie, " dit Voigt. " Et vous pouvez le faire dans des conditions ambiantes au lieu d'utiliser des solvants toxiques. " Ils ont publié leur étude cette semaine dans Nature Chemical Biology.
Les bactéries modifiées pourraient nous être utiles de toutes sortes de façons. Ils pourraient être conçus pour fabriquer des tissus ou des matériaux, ou identifier une maladie chez un patient et administrer une dose exacte de médicament au bon endroit. Ils pourraient essaimer les racines d'une plante dans le sol et fournir une quantité précise d'engrais. Ils pourraient produire des particules de fer au fur et à mesure de leur croissance, qui pourraient devenir des composants électroniques hybrides de la biologie et de la machine.
Pour réaliser cet avenir, les scientifiques doivent s'améliorer dans la programmation des cellules. C'est là que cette dernière technique, appelé système RVB — pour le rouge, vert et bleu - entre. Il s'appuie sur plus d'une décennie de recherche dans le laboratoire de Voigt, en particulier, un projet qu'il a publié en 2005, qui décrit un moyen d'obtenir Escherichia coli bactéries pour créer des photos en noir et blanc.
Le système noir et blanc de 2005 se composait de quatre gènes, 4, 000 paires de bases (les bases CG et AT dans une molécule double brin), et trois morceaux d'ADN appelés promoteurs qui initient la première action d'un gène pour transformer ses instructions en un produit, comme une protéine.
Les choses se sont compliquées depuis.
Le système RVB de l'équipe se compose de 18 gènes, 14 promoteurs, ainsi que d'autres morceaux d'ADN appelés terminateurs et plasmides, et 46, 198 paires de bases.
"Dans un sens, ça passe d'une longueur d'onde de lumière à trois, mais parce que tu fais tout ça à l'intérieur de la cellule, il devient exponentiellement difficile de bien faire fonctionner beaucoup de choses, et cela nécessitait beaucoup de technologie, " dit Voigt.
La technologie pour programmer les cellules comprenait l'optogénétique (un moyen de contrôler les cellules avec la lumière), un langage de programmation pour les cellules appelé Cello que Voigt et son équipe ont développé l'année dernière et une nouvelle méthode de contrôle des fonctions des gènes connue sous le nom de CRISPR.
En utilisant ces outils et d'autres de la biologie synthétique, ils ont conçu une cellule avec les pièces suivantes :
La cellule pouvait sentir les trois couleurs de la lumière, traiter l'information avec les circuits génétiques et, parce que les scientifiques étaient capables de contrôler ce que les gènes faisaient avec l'information - comment ils l'exprimaient - les cellules généraient du rouge, vert, et pigment bleu.
Dans une boîte de Pétri, les microbes ont "peint" une nature morte aux fruits, un motif de lézard géométrique et un Super Mario bondissant.
Super mario, tel que dessiné par la bactérie E. coli. HowStuffWorks a ajouté l'arrière-plan. Félix Moser (MIT)
Parce que les scientifiques contrôlent l'expression des gènes, ils pouvaient utiliser les lumières pour faire autre chose que faire de l'art. Dans un essai, les scientifiques ont contrôlé la capacité de la cellule à produire de l'acétate. Comprendre le système de rétroaction pour l'acétate est essentiel pour de nombreux processus industriels, comme la fabrication d'agents aromatisants, solvants et carburants, où dans certains cas les ingénieurs peuvent vouloir l'acétate mais dans d'autres cas, ils ne peuvent pas.
Voigt dit que le système RVB pourrait également être utilisé pour construire des molécules, un processus qui nécessite des ensembles spécifiques de réactions pour se produire à des moments particuliers. Allumer et éteindre les lumières à des moments précis pourrait déclencher des voies métaboliques et des enzymes au bon moment pour fabriquer des édulcorants naturels et des produits pharmaceutiques.
Et parce que ces cellules sont contrôlées par la lumière, ils pourraient être contrôlés à distance.
Pour le prochain projet, Voigt aimerait construire un plus grand, système plus complexe. Mais lui et son équipe savent que ce sera un défi. Il s'avère que lorsqu'ils ont ajouté beaucoup de composants génétiques à la cellule, les parties par ailleurs non toxiques ont commencé à entraver la croissance de la cellule et, dans certains cas, tue-les.
« Qu'y a-t-il dans la conception du système qui rend difficile le bon fonctionnement de la cellule ? » demande Voigt.
Trouver la réponse peut impliquer une certaine créativité.
