Des chercheurs du Technion transforment une cellule bactérienne en ordinateur biologique - 27/02/2020

Les chercheurs du Technion ont créé un ordinateur biologique, construit au sein d'une cellule bactérienne et capable de surveiller différentes substances dans l'environnement. Actuellement, l'ordinateur identifie et signale les matières toxiques et autres. Ensuite: la capacité de mettre en garde contre les hémorragies dans le corps humain.

La recherche par Ph.D. l'étudiante Natalia Barger et le professeur adjoint Ramez Daniel, chef du laboratoire de biologie synthétique et de bio électronique à la Faculté de génie biomédical du Technion, ont été publiés en septembre 2019 dans la revue Nucleic Acids Research ( NAR ).

Au cours des dernières décennies, les barrières entre l'ingénierie et les sciences de la vie sont tombées, et de la rencontre entre les deux disciplines différentes, une nouvelle science - la biologie synthétique - est née. La biologie synthétique introduit l'ingénierie dans la biologie, permet de concevoir et de construire des systèmes biologiques qui n'existent pas dans la nature et fournit une boîte à outils innovante pour reprogrammer le code génétique chez les créatures vivantes, y compris les humains.

Dans leur article NAR, les chercheurs présentent une réorganisation de la structure génétique complexe de la luciférase bactérienne - protéines impliquées dans la création de lumière par les cellules bactériennes.

"Nous avons construit une sorte d' ordinateur biologique dans les cellules vivantes . Dans cet ordinateur, comme dans les ordinateurs ordinaires, les circuits effectuent des calculs compliqués", a déclaré Natalia Barger. "Seulement ici, ces circuits sont génétiques, pas électroniques, et l'information est transportée par des protéines et non des électrons."

La luciférase bactérienne et son substrat sont codés par cinq gènes et sont responsables de la génération de lumière dans la cellule bactérienne. En divisant la structure naturelle de la luciférase, les chercheurs ont créé divers circuits génétiques et les ont insérés dans les cellules de la bactérie E. coli. Le résultat a été que les bactéries modifiées transmettent des signaux en tant que produit d'une action de calcul dans la cellule. De cette façon, ils peuvent servir de bio capteurs intelligents, d'outils analytiques pour surveiller et quantifier les infections environnementales et d'autres substances toxiques.

Aujourd'hui, des dispositifs similaires existent déjà dans les bactéries, mais ils sont basés sur le système existant (luciférase) tel qu'il est", ont expliqué les chercheurs. "D'un autre côté, nous avons reconfiguré le système pour qu'il fonctionne comme nous le souhaitons afin de localiser les matériaux et les combinaisons de matériaux qui intéressent l'utilisateur. Plus encore, notre système est capable de faire face à plusieurs entrées, c'est-à-dire, avec différents matériaux simultanément. Le problème auquel nous sommes confrontés - l'identification précise des intrants - est difficile à résoudre au niveau de la mesure ou après, et la solution optimale se situe au niveau intracellulaire. "

La première application du système innovant a été testée et a fonctionné avec succès en surveillant l'acide nalidixique et le peroxyde d'hydrogène, des substances toxiques qui nuisent à l'ADN et stimulent les processus cancéreux. À l'étape suivante, les chercheurs examineront la possibilité de programmer la cellule bactérienne pour avertir des saignements dans le corps humain.

"Nos recherches poussent la biologie synthétique un peu plus loin et font de la biologie une science précise et planifiée", a conclu le professeur Daniel. "Le monde en général, et le Technion en particulier, travaillent maintenant à resserrer l'interface entre les sciences de la vie et l'ingénierie. Dans la présente étude, nous avons développé un bio-ordinateur complexe, c'est-à-dire un système biologique programmé qui accomplit des tâches complexes. En substance , nous introduisons ici un organisme nouveau, ou renouvelé, qui n'a pas été créé dans un processus évolutif normal mais dans un processus d'ingénierie planifié. "

Source : Physorg

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