Des chercheurs de l'Université de Princeton ont créé un moyen nouveau et amélioré de contrôler plus précisément les bactéries génétiquement modifiées :en allumant et éteignant simplement les lumières. Travaille dans E. coli , l'organisme bourreau de travail pour les scientifiques pour concevoir le métabolisme, les chercheurs ont développé un système pour contrôler l'un des circuits génétiques clés nécessaires pour transformer les bactéries en usines chimiques qui produisent des composés précieux tels que le biocarburant isobutanol.

"Tout ce dont vous avez besoin c'est de l'éclairage, " a déclaré José Avalos, professeur adjoint de génie chimique et biologique à l'Université de Princeton et au Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement », et auteur principal des conclusions, Publié dans Nature Chimie Biologie . "Il y a beaucoup d'avantages potentiels, l'un d'eux étant la possibilité de régler et d'inverser facilement le signal d'induction."

Le nouveau travail s'appuie sur les travaux antérieurs d'Avalos et de ses collègues, décrit dans La nature en 2018, dans lequel ils ont conçu de la levure pour produire des produits chimiques en présence ou en l'absence de lumière. E. coli , cependant, est encore plus largement utilisé par les scientifiques et les ingénieurs que la levure.

Avalos et ses collègues ne sont pas les premiers à créer E. coli dont l'expression des gènes est contrôlée par la lumière. Mais ils sont les premiers à utiliser la lumière pour contrôler la production de produits chimiques. Ils sont également les premiers à utiliser la lumière pour contrôler l'opéron lac, un groupe de gènes qui est le plus couramment utilisé pour l'induction chimique dans E. coli . "L'opéron lac est le circuit étalon-or que les gens utilisent depuis des décennies, " A déclaré Avalos. " Ce n'est pas un euphémisme de dire que l'exploitation de l'opéron lac est l'une de ces réalisations clés qui ont permis l'explosion de la biotechnologie. "

Quand les scientifiques ingénieur E. coli produire une protéine ou un produit chimique via l'opéron lac, ils rendent généralement cette fonction inductible plutôt que quelque chose qui se produit tout le temps. Par ici, la culture bactérienne peut se développer normalement jusqu'à ce que les scientifiques soient prêts à l'utiliser. D'habitude, les chercheurs comptent sur l'ajout d'un produit chimique pour déclencher l'expression du trait génétiquement modifié en question. Mais cette méthode a de sérieuses limitations. "Si vous ajoutez un produit chimique, c'est ça, tu t'es engagé, " A déclaré Avalos. " C'est fait et vous ne pouvez pas facilement enlever le produit chimique, vous n'avez donc qu'à attendre et voir si vous avez ajouté la bonne dose."

Au lieu de compter sur un inducteur chimique, Les bactéries nouvellement conçues d'Avalos et de ses collègues utilisent l'absence de lumière pour induire des réactions qui conduisent à la production de produits chimiques ou de protéines. Cela permet aux chercheurs de ralentir ou d'arrêter la réaction en allumant simplement la lumière. La lumière leur permet également de contrôler où la réaction se produit. Dans une démonstration, Avalos et ses collègues n'ont assombri que certaines sections de leur boîte de Pétri bactérienne avec un pochoir de tigre, créant une empreinte de tigre fluorescente grâce à la réaction des bactéries activées sélectivement. "De nouveau, c'est quelque chose que vous ne pourriez pas facilement faire avec un produit chimique, parce que vous ne seriez pas en mesure de contrôler la diffusion du produit chimique aussi facilement, " dit Avalos. Léger, contrairement aux produits chimiques, est aussi relativement bon marché, il ajoute, son utilisation réduira donc les coûts et probablement l'empreinte carbone des processus.

OptoLac, La nouvelle méthode optogénétique (ou basée sur la lumière) d'Avalos et de ses collègues, donne désormais aux scientifiques la possibilité d'exploiter la force des technologies d'opéron lac préexistantes avec une précision et un contrôle accrus.

"Le travail a été bien exécuté et ajoute un nouvel outil à la boîte à outils des activateurs d'expression génique optogénétiques dans E. coli , " dit Mustafa Khammash, professeur de théorie du contrôle et de biologie des systèmes à l'ETH Zürich, qui n'a pas participé à la recherche. "L'expression génique optogénétique offre la possibilité d'utiliser la lumière au lieu de petites molécules pour contrôler une grande variété de processus biologiques avec un minimum d'effort, et les auteurs illustrent cela de manière convaincante en démontrant l'utilisation d'OptoLAC pour obtenir des améliorations impressionnantes dans la production de produits chimiques et de protéines dans E. coli ."

E. coli est actuellement utilisé pour la production industrielle d'une large gamme de produits chimiques de base et de spécialité, à partir de blocs de construction en plastique et en fibres synthétiques, aux produits chimiques haut de gamme comme les pigments et les parfums. E. coli est également souvent utilisé par les scientifiques pour mieux comprendre les principes de base du métabolisme, voies de biosynthèse et au-delà. Par conséquent, cette technologie pourrait avoir des implications importantes non seulement en biotechnologie, mais aussi en recherche fondamentale, dit Avalos.

Avalos prévoit d'explorer d'autres applications activées par OptoLAC, y compris le réglage fin des voies métaboliques complexes, améliorer la production de protéines difficiles à fabriquer et contrôler d'autres fonctions bactériennes intéressantes. « Dans un sens, une grande partie de notre motivation était de briser le moule de la façon dont les choses sont faites maintenant, " A déclaré Avalos. " Une question que nous continuons à nous poser est, « Comment pouvons-nous faire mieux ? »