Tout comme la levure sert dans les boulangeries comme auxiliaire unicellulaire, la bactérie Escherischia coli est un incontournable dans tout laboratoire de biotechnologie. Une équipe dirigée par Prof. Dr. Barbara Di Ventura, professeur de recherche en signalisation biologique à l'Université de Fribourg, a développé un nouvel outil dit optogénétique qui simplifie une méthode standard en biotechnologie :au lieu de nourrir les bactéries avec du sucre comme cela se fait couramment, les chercheurs peuvent désormais simplement les éclairer. Di Ventura, Prof. Dr. Mustafa Hani Khammash de l'ETH Zurich/Suisse et leurs équipes, avant tout premiers auteurs Edoardo Romano et Dr. Armin Baumschlager, ont publié leurs résultats dans Nature Chimie Biologie .

"Nous avons appelé le nouveau système BLADE—dimères d'AraC inductibles par la lumière bleue dans Escherichia coli, " explique Romano. Les scientifiques contrôlent l'expression d'un gène souhaité dans la bactérie E. coli en utilisant le promoteur PBAD, qui fait partie du réseau génétique qui régule le métabolisme du sucre arabinose chez les bactéries. Cela leur permet de produire sélectivement des protéines et d'étudier les processus de signalisation dans les bactéries. "Cette nouvelle construction guidée par la lumière peut remplacer le système d'expression du gène de l'arabinose largement répandu, faciliter l'adoption de l'optogénétique chez les microbiologistes, " explique Di Ventura, qui est membre des pôles d'excellence CIBSS-Centre d'études de signalisation biologique intégrative et ESBIO-Centre d'études de signalisation biologique.

L'optogénétique utilise des protéines qui répondent à la lumière pour réguler les fonctions cellulaires. "BLADE est destiné à être utilisé en biologie synthétique, microbiologie, et biotechnologie. Nous montrons que notre outil peut être utilisé de manière ciblée, qu'il est rapide et réversible, " commente Di Ventura. Pour démontrer avec quelle précision BLADE répond à la lumière, Di Ventura et son équipe ont réalisé des bactériographies :des images créées à partir de cultures bactériennes. BLADE se compose d'une protéine photosensible et d'un facteur de transcription :une protéine qui lie une séquence spécifique de l'ADN trouvée dans la région dite promotrice d'un gène et contrôle si le gène correspondant est lu par la machinerie cellulaire. Les chercheurs ont contrôlé avec BLADE l'expression du gène codant pour une protéine fluorescente pour créer les bactériographies.

Les scientifiques fribourgeois ont illuminé la pelouse bactérienne à l'aide d'un photomasque collé sur le couvercle des boîtes de Pétri. Les bactéries émettaient une fluorescence au point où elles étaient illuminées, parce que BLADE a été activé :Les images ont été créées sous un microscope à fluorescence. Dans une autre expérience, les chercheurs ont utilisé BLADE pour réguler les gènes qui allongeaient les cellules d'E. coli, plus épais et en forme de tige. Il était même possible d'inverser les changements :les cellules ont repris leur forme d'origine après quatre heures sans lumière. De cette façon, le système peut être utilisé pour étudier de nombreux autres gènes, même des gènes qui ne proviennent pas d'E. coli.