Un transistor biologique pour contrôler les cellules vivantes

Un transistor biologique pour contrôler les cellules vivantes

Des chercheurs de l’université de Stanford ont développé un transistor — un mini-ordinateur en quelque sorte — qu’il est possible d’injecter dans une cellule. La particularité de celui-ci est d’être organique.

Appelé un « transcriptor », ce micro dispositif fonctionne comme un transistor classique, mais en lieu et place de composants électroniques, on retrouve des molécules organiques. La pièce principale du transcriptor est une partie d’une molécule d’ADN. La deuxième molécule dont il s'agit est l’ARN (Acide ribonucléique), elle est en quelque sorte un « messager » qui peut transmettre une information et synthétise des protéines nécessaires au fonctionnement des cellules.

Pour faire simple, en contrôlant ces molécules, on peut alors contrôler les cellules dans lesquelles elles sont implantées. C’est précisément là que cette découverte devient très intéressante. Imaginez un instant un tel dispositif introduit dans une cellule cancéreuse, à laquelle il peut être ordonné de stopper son développement, ou dans une cellule végétale afin de s’en servir comme d’un « détecteur » environnemental. 

Les applications paraissent aujourd’hui nombreuses et ouvrent de nouvelles perspectives dans les domaines de la médecine et de la protection de l’environnement. Un certain cynisme pourrait également nous pousser à nous poser des questions sur le contrôle de cellules humaines et des dérives auxquelles il pourrait mener.

Les scientifiques à l’origine de cette découverte ont publié certains plans sous licence publique. Ils espèrent que d’autres chercheurs reprendront le flambeau afin d’accélérer le développement d’applications. 

Source: Stanford School of Medicine - http://test.lesnumeriques.com/transistor-biologique-pour-controler-cellules-vivantes-n28919.html

The biological transistor developed by Jerome Bonnet and colleagues could be used inside living cells to record when cells have been exposed to certain external stimuli, or even to turn on and off cell reproduction as needed.

Les chercheurs Jerome Bonnet et Drew Endy avaient déjà l'année dernière créés deux composantes de base d'un ordinateur génétique entièrement fonctionnel. Le premier était un prototype de stockage de données numériques réinscriptibles au sein de l'ADN. Ils ont ensuite mis au point un système de transmission de l'information génétique d'une cellule à une sorte d'internet biologique. Tout cela s'additionne à la création d'un ordinateur à l'intérieur d'une cellule vivante.

Pour créer transcriptor et les portes logiques, l'équipe a utilisé des combinaisons soigneusement calibrées d'enzymes - les integrases - qui contrôle le flux de l'ARN polymérase le long des brins d'ADN. Si ce n'était de l'électronique, l'ADN est le fils et l'ARN polymérase est l'électron. " Le choix des enzymes est important ", a déclaré Bonnet. " Nous avons pris soin de sélectionner des enzymes qui fonctionnent dans les bactéries, les champignons, les plantes et les animaux, ainsi les bio-ordinateurs peuvent être modifiés pour une variété d'organismes."

Sur le plan technique, la transcriptase réalise une similitude fondamentale entre le transistor biologique et son cousin semi-conducteurs : amplification du signal.

Avec transcriptor, un très petit changement dans l'expression d'une intégrase peut créer un changement très important dans l'expression de deux gènes différents.

Pour comprendre l'importance de l'amplification, il faut considérer que le transistor a d'abord été conçu comme un moyen de remplacer les tubes à vide coûteux, inefficaces et peu fiables dans l'amplification de signaux téléphoniques pour les appels téléphoniques transcontinentaux. Les signaux électriques qui circulent le long des fils s'affaiblissent plus ils voyagent, mais si vous mettez un amplificateur de temps en temps le long du chemin, vous pouvez relayer le signal sur une grande distance. Il en irait ainsi dans les systèmes biologiques comme des signaux se transmettent au sein d'un groupe de cellules.

" Il s'agit d'un concept similaire aux transistors », a déclaré Pakpoom Subsoontorn, candidat au doctorat en bio-ingénierie et co-auteur de l'étude qui a développé des modèles théoriques pour prédire le comportement des portes BIL. " Les ondes radio relativement faibles voyageant dans l'air peuvent être amplifiées en son."

L'ordinateur biologique

Dans l'électronique, un transistor commande le flux d'électrons le long d'un circuit. De même, dans les produits biologiques, une transcriptase contrôle le débit d'une protéine spécifique, l'ARN polymérase, qui se déplace le long d'un brin d'ADN.

« Nous avons réaffecté un groupe de protéines naturelles, appelées intégrases, pour réaliser la commande numérique sur l'écoulement de l'ARN polymérase sur l'ADN long, qui à son tour nous a permis de concevoir une logique d'amplification génétique», a déclaré Endy.

Pour utiliser transcriptor, l'équipe a créé ce qu'on appelle en génie électrique des portes logiques qui peuvent découler des réponses vrai-faux à pratiquement n'importe quelle question biochimique qui pourrait être posée dans une cellule.

Ils se réfèrent à leurs portes logiques transcriptases de base comme une  « logique booléenne intégrase », ou « portes BIL " pour faire court.

Un Transcripteur à base de portes seules ne constitue pas un ordinateur, mais c'est le troisième et dernier volet d'un ordinateur biologique qui pourrait fonctionner dans les cellules vivantes individuelles.

En dépit de leurs différences extérieures, tous les ordinateurs modernes, de l'ENIAC à l'Apple, partagent trois fonctions de base : stockage, la transmission et l'exécution d'opérations logiques sur l'information.

Endy Drew

Domaine public de la biotechnologie

Pour ramener la naissance de l'ordinateur biologique à une réalité beaucoup plus rapide et proche, Endy et son équipe ont apporté l'intégralité des portes BIL dans le domaine public afin que d'autres puissent immédiatement exploiter et améliorer les outils.

" La plupart des biotechnologies n'ont pas encore été imaginées, et encore moins fabriquées dans la réalité. En partageant librement d'importants outils de base, tout le monde peut mieux travailler ensemble », a déclaré Bonnet.

La recherche a été financée par la National Science Foundation et la Fondation Townshend Lamarre.

Les articles et publications du Département de génie biologique de Stanford, qui a également soutenu le travail, sont disponibles sur http://bioengineering.stanford.edu . Le service est exploité conjointement par l'École d'ingénierie et de l' École de médecine.

Source: Stanford School of Medicine - Traduction Yves Herbo SFH-04-2013