Imaginez si nous pouvions faire pousser un bâtiment comme les polypes coralliens font pousser un récif, ou si les cellules vivantes de nos vêtements pouvaient décomposer la sueur et les odeurs corporelles. Imaginez que des colonies de bactéries sur des stations spatiales produisent le filament pour les imprimantes 3D. Imaginez que les matériaux que nous utilisons tous les jours puissent se réparer d'eux-mêmes.

Cela ressemble à de la science-fiction, mais Neel Joshi, professeur agrégé de chimie et de biologie chimique à Northeastern, croit que de tels exploits sont réalisables. Et la National Science Foundation est d'accord.

Les matériaux vivants modifiés (substances constituées de ou par des cellules reprogrammées) pourraient améliorer et remplacer les plastiques, béton, et d'autres matériaux qui sont actuellement fabriqués avec des pratiques de fabrication plus standard, dit Joshi.

« L'empreinte carbone des matériaux fabriqués pour l'ensemble de notre environnement bâti est énorme, " dit Joshi. " Être capable de réduire cela en suivant le modèle de la façon dont la biologie construit les choses va être très important. "

Cette idée, soumis par Joshi et son équipe, a été sélectionné comme grand gagnant du concours Idea Machine 2026 de la National Science Foundation, qui recherchait de "grands défis" pour aider à façonner le programme de recherche américain pour les années à venir. La proposition de l'équipe était l'un des quatre gagnants du grand prix sélectionnés parmi près de 800 soumissions.

L'idée d'utiliser des bactéries pour construire des choses n'est pas aussi folle qu'il y paraît, dit Joshi. L'industrie de la bioproduction utilise déjà des microbes pour fabriquer des parfums, vitamines, médicaments, et d'autres molécules utiles. Et il y a aussi quelques matériaux plus gros créés par des cellules vivantes.

"Certains de nos plastiques compostables que vous pourriez trouver à la cafétéria sont fabriqués à partir de polymères récoltés à partir de microbes, " dit Joshi. " C'est un pas dans la bonne direction. Mais il y a très peu d'exemples de ces types de matériaux, et ils ne couvrent pas vraiment le large éventail de propriétés matérielles que nous voudrions. La vraie vision des matériaux vivants fabriqués est d'aller au-delà et de programmer des cellules pour fabriquer directement des matériaux et des biens fonctionnels, contourner les pratiques de fabrication traditionnelles.

Faire en sorte que des cellules vivantes construisent un matériau cohérent, par opposition à une molécule, est plus difficile, mais cela arrive régulièrement dans la nature. Certaines colonies de micro-organismes créent des nappes, des couches ressemblant à de la colle appelées biofilms pour se protéger - pensez à la plaque sur vos dents ou à la boue sur une roche de rivière - et ces mécanismes pourraient être adaptés pour créer des choses comme des revêtements imperméables ou des matériaux similaires au plastique.

Actuellement, nous fabriquons environ 300 millions de tonnes de plastique chaque année, et la grande majorité n'est pas recyclée. Les plastiques ne se décomposent pas vraiment dans l'environnement, et les chercheurs cherchent des moyens de s'attaquer au problème croissant des déchets plastiques. Les matériaux fabriqués par les cellules sont beaucoup plus susceptibles d'être biodégradables, dit Joshi.

"La biologie est très bonne pour convertir des choses qui étaient utiles sous une forme sous une autre forme et pour réutiliser toutes les mêmes matières premières pour faire autre chose, " dit Joshi. " Tout ce que vous fabriquez à partir d'un système vivant sera probablement plus dégradable que le plastique. "

Joshi et ses collègues travaillent déjà sur plusieurs nouveaux matériaux dans leur laboratoire, y compris les substances de type plastique créées par des bactéries.

« L'apprentissage de la nature a été une partie de cette recherche, " dit Avinash Manjula Basavanna, un chercheur postdoctoral qui s'est concentré sur la création de bioplastiques. "Mais c'est une longueur d'avance sur le biomimétisme typique. Nous concevons la biologie pour personnaliser les matériaux selon ce que nous voulons."

Le groupe peaufine également un biofilm créé par la bactérie E. coli pour avoir des propriétés différentes. La bactérie pourrait être utilisée pour créer une couche protectrice dans l'intestin d'une personne atteinte de la maladie de Crohn ou de colite, guider la guérison des lésions et des zones enflammées.

« Au cours des 10 prochaines années, nous parlerons d'utiliser des microbes pour produire des matériaux pour différentes applications au-delà de ce que nous pouvons même imaginer en ce moment, " dit Anna Duraj-Thatte, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire. "Ce n'est que le début."