Les microbes comme les bactéries ne sont pas assez conscients pour former des souvenirs, mais un groupe de scientifiques du Texas a développé une nouvelle façon de le faire au niveau génétique.

Les chercheurs rapportent qu'ils ont réussi à créer des microbes pour rendre compte de leur environnement et former des "souvenirs" génétiques de l'événement. C'est un outil qui pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le cycle chimique sur Terre et comment les microbes partagent des informations comme la résistance aux antibiotiques entre eux, selon les chercheurs.

"Nous espérons que cela contribuera à favoriser la collaboration entre les biologistes synthétiques et les microbiologistes, " a déclaré Emily Fulk, étudiante diplômée à l'Université Rice au Texas et qui a présenté ses travaux préliminaires lors de la réunion d'automne 2017 de l'American Geophysical Union à la Nouvelle-Orléans. "Je suis juste vraiment excité de commencer à appliquer cela."

Fulk fonctionne avec les bactéries du sol, des microbes qui jouent un rôle important dans la décomposition des organismes morts et la « fixation » de l'azote de l'atmosphère sous des formes utilisables par les plantes et les animaux. De nombreuses questions restent sans réponse sur ces bactéries, y compris comment ils réagissent aux conditions environnementales comme la sécheresse ou l'excès d'engrais. Répondre à ces questions nécessite de longues périodes et un suivi constant peu pratique avec les méthodes actuelles, Fulk s'est donc tourné vers la biologie synthétique.

Les biologistes ont déjà modifié des gènes dans le plasmide d'un microbe, son chromosome circulaire d'ADN, en insérant un gène spécifique qui s'active en présence d'un produit chimique d'intérêt. Par ici, le microbe produit un signal en réponse à un stimulus environnemental.

Chercheurs intéressés par la détection des nitrates dans l'environnement, molécules présentes dans les engrais, par exemple, pourrait insérer un gène sensible aux nitrates dans le plasmide du microbe. Puis, lorsque le microbe détecte des nitrates dans son environnement, il active le gène pour produire un signal ou un « rapport » aux scientifiques.

"Vous pouvez le voir comme un interrupteur et une ampoule, où le capteur est comme l'interrupteur d'éclairage et signale l'ampoule, " Fulk a dit. " Vous pouvez regarder l'ampoule, ou signal produit, et dis, 'D'ACCORD, si nous voyons que la lumière est allumée, nous savons que l'interrupteur a été déclenché.'"

Traditionnellement, l'analogie avec la lumière était littérale :les microbes étaient conçus pour briller ou devenir fluorescents lorsqu'ils détectaient un produit chimique spécifique. Mais dans le sol, voir la fluorescence s'avère difficile. Au lieu, Fulk et ses collègues ont développé des microbes qui signalent en produisant un gaz.

Cela laissait encore un défi de taille, bien que. Pour produire un signal, les microbes doivent être vivants, et parce que la plupart des microbes ne vivent que de l'ordre de plusieurs heures, leur rapport est de courte durée.

Fulk a résolu le problème en poussant les microbes génétiquement modifiés un peu plus loin. Elle a conçu un microbe qui pouvait non seulement produire un gaz en réponse à un signal chimique, mais aussi se rappeler qu'il avait produit le signal de gaz longtemps après la disparition du produit chimique d'activation et la mort du microbe. En d'autres termes, elle l'a conçu pour avoir une mémoire.

"En utilisant la mémoire, on peut maintenant dire, « Incubons nos microbes pendant une semaine, un mois, ou une saison, ' et à la fin, regardez les microbes et voyez ce qu'ils ont vu sur toute la période plutôt que seulement à un moment précis, " dit Foulque.

Dans un design astucieux, Fulk a inséré quelque chose qui n'avait jamais été fait auparavant :séparer les gènes rapporteurs "interrupteur d'éclairage" et "ampoule". Dans sa configuration, le gène rapporteur doit être modifié avant de pouvoir produire son signal de gaz. Le gène de l'interrupteur d'éclairage, activé lorsque le microbe mange le sucre arabinose, code pour une enzyme capable de modifier le gène rapporteur. Une fois le gène de l'interrupteur d'éclairage activé, il modifie et active le gène rapporteur, et le microbe produit un gaz.

La modification du gène rapporteur ne peut pas être inversée, cependant, le microbe garde donc une « mémoire » génétique de la détection. Les scientifiques peuvent plus tard rechercher ce changement génétique peu de temps après que le microbe a été exposé au produit chimique ou longtemps après la mort du microbe.

"Je suis époustouflé par ça tous les jours, " Fulk a déclaré. " Nous sommes vraiment ravis d'avoir mis au point les écrous et les boulons. "

La nouvelle recherche annonce ce que Fulk attend d'être une longue lignée d'applications futures. L'insertion de détecteurs sensibles aux produits chimiques pertinents pour l'environnement peut répondre à des questions de longue date pour les écologistes du sol et microbiens, elle a dit.

"L'idée est que si nous pouvons en faire un système de type Lego plug-and-play, où vous choisissez votre journaliste, votre mémoire, ' votre produit chimique souhaité à détecter, et votre hôte microbien, Ensuite, il peut être personnalisé pour répondre à toutes les questions que vous souhaitez, " dit Foulque.

"Vous pouvez parfois détecter des matériaux indétectables avec ces microbes, " a déclaré Caroline Masiello, chercheur principal du groupe de recherche de l'Université Rice. Les chercheurs pourraient utiliser la méthode pour étudier des aspects mal compris du cycle du soufre ou de la production bactérienne de méthane, elle a dit. Mais bien qu'excitant, l'application directe dans l'environnement semble peu probable.

Pour l'instant, Fulk et ses collègues travaillent avec des ingénieurs environnementaux pour étudier comment la résistance aux antibiotiques se transfère entre les microbes dans les centres de traitement des eaux usées et dans les sols. En construisant un microbe donneur avec un gène interrupteur et un microbe récepteur avec le gène ampoule, ils pourraient déterminer quand les gènes se réunissent pour produire une « mémoire ». Et sachant que, à son tour, les aidera à identifier les microbes « espions » qu'ils pourraient utiliser à l'avenir, dit Foulque.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.