Les plantes sont une merveille d'ingénierie de la nature. Alimenté par la lumière du soleil, ils recyclent nos déchets de dioxyde de carbone en oxygène frais pour que nous puissions respirer. Plus, ils rendent le monde plus beau. Mais, avec un peu d'aide de nous les humains, peuvent-ils être amenés à faire encore plus ?

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont expérimenté l'attribution de nouveaux pouvoirs aux plantes en plaçant de minuscules nanotubes de carbone dans leurs chloroplastes - le minuscule moteur de la cellule végétale où a lieu la photosynthèse.

Après de nombreux essais et erreurs, leurs efforts ont réussi. Certaines des plantes modifiées produites dans leur laboratoire ont augmenté leur activité photosynthétique de 30 % par rapport aux plantes ordinaires. D'autres ont pu détecter d'infimes traces de polluants dans l'air.

Et ce n'est que le début.

"L'idée est de donner aux plantes des fonctions qui ne leur sont pas natives, " a déclaré Michael Strano, un professeur de génie chimique qui a supervisé les expériences.

En d'autres termes, il veut donner aux plantes des super pouvoirs.

Le laboratoire de Strano est le premier à travailler au croisement de la biologie végétale et de la nanotechnologie - un nouveau domaine surnommé « nanobionique ».

Parce que personne n'avait jamais exploré cette région auparavant, l'équipe a dû commencer au tout début. Cela signifiait en premier lieu trouver comment introduire des nanotubes dans une plante.

Dans les premières expériences, ils ont arrosé les plantes avec une solution contenant des nanoparticules, en espérant que les particules seraient absorbées par les racines. Mais cela n'a pas fonctionné. Il s'avère que les racines des plantes ont une structure qui empêche les nanotubes de pénétrer dans le système vasculaire.

L'équipe a également essayé de couper des feuilles et de les tremper dans la solution de nanoparticules. Cela n'a pas fonctionné non plus.

Sans se décourager, L'équipe de Strano s'est tournée vers les stomates, les petits pores sur la face inférieure des feuilles qui laissent entrer le dioxyde de carbone, l'oxygène et l'eau. Les chercheurs ont découvert que s'ils mettaient la solution de nanoparticules dans une seringue et la tiraient à haute pression sur les stomates, les nanotubes entreraient.

Le prochain défi consistait à amener les nanotubes à leur destination prévue - les minuscules chloroplastes, 5 à 10 microns de longueur, flottant à l'intérieur des cellules. Pour faire ça, l'équipe a inventé un nouveau système qui enveloppe les nanoparticules dans un polymère hautement chargé. Le polymère est particulièrement attiré par la bulle lipidique qui entoure chaque chloroplaste. Lorsque les nanotubes frappent la bulle, ils glissent dedans.

"C'est vraiment impressionnant à quel point cela a bien fonctionné, " a déclaré Juan Pablo Giraldo, un biologiste végétal qui travaille dans le laboratoire de Strano. Les nanotubes "entrent directement là-dedans et commencent à s'assembler à l'intérieur".

Après la mise en place du système de livraison, les chercheurs pourraient jouer. Ils ont utilisé des chloroplastes dans des plantes vivantes ainsi que des chloroplastes extraits de feuilles de plantes, souvent des épinards achetés au supermarché.

Les plantes n'utilisent que 10 pour cent de la lumière solaire dont elles disposent. Tout feu vert, par exemple, est reflété par les feuilles. Mais après avoir donné les nanotubes à des plantes vivantes, leur activité photosynthétique a augmenté de 30 pour cent. La technique a encore mieux fonctionné sur les chloroplastes extraits (le genre qu'ils ont obtenu des épinards), entraînant une augmentation de 49 % de leur activité photosynthétique.

Les scientifiques du MIT ne savent pas exactement ce que les nanotubes ont fait pour rendre la photosynthèse tellement plus efficace. Une explication possible qu'ils ont proposée est que les nanotubes partagent des électrons avec les chloroplastes, permettant au chloroplaste de capter une plus large gamme de lumière (y compris la lumière verte).

Les chercheurs du laboratoire de Strano avaient précédemment développé un nanotube de carbone qui réagit à la présence d'oxyde nitrique en réduisant considérablement sa fluorescence. L'équipe a donc préparé une solution de ces nanotubes et l'a injectée dans les stomates.

Comme ils l'avaient espéré, les feuilles de la plante brillaient moins sous une lumière infrarouge lorsqu'elles étaient exposées à l'oxyde nitrique. Cependant, le signal était très subtil, les buissons qui surveillent la qualité de l'air sont donc encore loin. Toujours, Strano et ses collègues pensent que les plantes modifiées pourraient un jour nous alerter sur les polluants, pesticides ou maladies fongiques dans l'air qui nous entoure.

Et d'autres expériences sont en cours.

L'équipe du MIT travaille à la création de plantes aux fonctions encore plus exotiques. Par exemple, en utilisant des nanoparticules magnétiques, il est possible qu'ils transforment les plantes en antennes de communication.

"La vision principale que nous avons est d'utiliser les caractéristiques uniques des plantes - la capacité de se reconstruire, capter l'énergie solaire pour s'alimenter ou capter le dioxyde de carbone - pour fabriquer des appareils ayant des propriétés similaires, " dit Giraldo, l'auteur principal d'un article sur le travail publié ce mois-ci dans la revue Matériaux naturels .

Étoile d'Alexandre, un chimiste de l'Université de Pittsburgh qui n'a pas participé à l'étude, a déclaré que la recherche fait progresser notre compréhension de la façon dont les nanomatériaux et les organismes vivants interagissent. Il a noté que des études antérieures ont montré que les nanoparticules peuvent être toxiques pour certains écosystèmes, mais cela ne semble pas être un problème ici.

Au lieu, il a dit, les chercheurs semblaient capables d'optimiser les performances de certaines machines de l'usine d'une manière que la nature n'a pas encore fait.

"Ce travail est une étape importante vers la conception rationnelle de systèmes végétaux capables de récolter plus efficacement l'énergie solaire et de biodétecter - au-delà des limites de l'évolution naturelle, " il a dit.

©2014 Los Angeles Times
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