Les ingénieurs du MIT et de l'Imperial College de Londres ont développé une nouvelle façon de générer des matériaux fonctionnels utilisant un mélange de bactéries et de levure similaire à la « mère kombucha » utilisée pour fermenter le thé.

En utilisant ce mélange, aussi appelé SCOBY (culture symbiotique de bactéries et levures), les chercheurs ont pu produire de la cellulose incrustée d'enzymes pouvant remplir diverses fonctions, comme la détection des polluants environnementaux. Ils ont également montré qu'ils pouvaient incorporer de la levure directement dans le matériau, créer des « matériaux vivants » qui pourraient être utilisés pour purifier l'eau ou pour fabriquer des matériaux d'emballage « intelligents » capables de détecter les dommages.

« Nous prévoyons un avenir où divers matériaux pourraient être cultivés à la maison ou dans des installations de production locales, en utilisant la biologie plutôt que la fabrication centralisée à forte intensité de ressources, " dit Timothée Lu, professeur agrégé au MIT en génie électrique et informatique et en génie biologique.

Lu et Tom Ellis, professeur de bio-ingénierie à l'Imperial College de Londres, sont les auteurs principaux de l'article, qui apparaît aujourd'hui dans Matériaux naturels . Les auteurs principaux de l'article sont l'étudiant diplômé du MIT Tzu-Chieh Tang et le postdoctorant de l'Université de Cambridge Charlie Gilbert.

Répartition du travail

Il y a plusieurs années, Le laboratoire de Lu a développé un moyen d'utiliser E. coli pour générer des biofilms incrustés de matériaux tels que des nanofils d'or. Cependant, ces films sont très petits et fins, ce qui les rend difficiles à utiliser dans la plupart des applications à grande échelle. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont cherché un moyen d'utiliser des microbes pour générer de plus grandes quantités de matériaux plus substantiels.

Ils ont pensé à créer une population microbienne semblable à une mère kombucha, qui est un mélange de certains types de bactéries et de levures. Ces usines de fermentation, qui contiennent généralement une espèce de bactéries et une ou plusieurs espèces de levures, produire de l'éthanol, cellulose, et acide acétique, qui donne au thé kombucha sa saveur distinctive.

La plupart des souches de levures sauvages utilisées pour la fermentation sont difficiles à modifier génétiquement, les chercheurs les ont donc remplacés par une souche de levure de laboratoire appelée Saccharomyces cerevisiae. Ils ont combiné la levure avec un type de bactérie appelé Komagataeibacter rhaeticus, que leurs collaborateurs de l'Imperial College de Londres avaient auparavant isolé d'une mère kombucha. Cette espèce peut produire de grandes quantités de cellulose.

Parce que les chercheurs ont utilisé une souche de levure de laboratoire, ils pourraient concevoir les cellules pour faire n'importe quelle chose que la levure de laboratoire peut faire, par exemple, produire des enzymes qui brillent dans le noir, ou la détection de polluants dans l'environnement. La levure peut également être programmée pour qu'elle puisse décomposer les polluants après les avoir détectés.

Pendant ce temps, les bactéries dans la culture produisent des quantités à grande échelle de cellulose dure pour servir d'échafaudage. Les chercheurs ont conçu leur système de manière à pouvoir contrôler si la levure elle-même, ou simplement les enzymes qu'ils produisent, sont incorporés dans la structure cellulosique. Il ne faut que quelques jours pour faire pousser le matériel, et si laissé assez longtemps, il peut s'épaissir pour occuper un espace aussi grand qu'une baignoire.

"Nous pensons que c'est un bon système qui est très bon marché et très facile à fabriquer en très grande quantité, " dit Tang. " C'est au moins mille fois plus de matériel que le système E. coli. "

Il suffit d'ajouter du thé

Pour démontrer le potentiel de leur culture microbienne, qu'ils appellent "Syn-SCOBY, " les chercheurs ont créé un matériau incorporant de la levure qui détecte l'œstradiol, que l'on trouve parfois comme polluant de l'environnement. Dans une autre version, ils ont utilisé une souche de levure qui produit une protéine brillante appelée luciférase lorsqu'elle est exposée à la lumière bleue. Ces levures pourraient être troquées contre d'autres souches détectant d'autres polluants, métaux, ou pathogènes.

La culture peut être cultivée dans un milieu de culture de levure normal, que les chercheurs ont utilisé pour la plupart de leurs études, mais ils ont aussi montré qu'il peut pousser dans du thé avec du sucre. Les chercheurs envisagent que les cultures pourraient être personnalisées pour que les gens puissent les utiliser à la maison pour faire pousser des filtres à eau ou d'autres matériaux utiles.

"Presque tout le monde peut le faire dans sa cuisine ou à la maison, " dit Tang. " Vous n'avez pas besoin d'être un expert. Vous avez juste besoin de sucre, vous avez besoin de thé pour fournir les nutriments, et vous avez besoin d'un morceau de mère Syn-SCOBY."