Actualisé 04.06.2012 à 10:49

Recherche«Algèbre moléculaire» dans une cellule

Des chercheurs ont réussi à programmer une cellule de mammifère afin qu'elle effectue des opérations mathématiques.

Des chercheurs bâlois ont programmé une cellule de mammifère de telle manière qu'elle puisse effectuer des opérations mathématiques élémentaires. Leur calculatrice biologique utilise un antibiotique et un exhausteur de goût comme signaux d'entrée. Une protéine fluorescente fait office de signal de sortie.

L'équipe de Martin Fussenegger, professeur de biotechnologie et de bioingéniérie à l'antenne bâloise de l'EPFZ, a annoncé lundi avoir réalisé de «l'algèbre moléculaire» dans une cellule de mammifère. Les chercheurs ont bâti un réseau de gènes qui peut exécuter des calculs et donner le résultat en produisant une substance donnée. Cette faculté tient au réseau génétique des plus complexes que l'ont trouve dans les cellules évoluées, ont expliqué lundi les scientifiques de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich.

Les chercheurs bâlois ont développé des modules comme ceux des fonctions logiques que l'on trouve dans les ordinateurs et en électronique. Les bases de ces opérations reposent sur des fonctions algébriques comme «et» et «ou». Ils ont ensuite réussi à combiner ces modules et à les faire interagir entre eux. La cellule peut ainsi calculer en mode binaire.

Antibiotique et exhausteur de goût

Deux signaux d'entrée ont été utilisés pour la programmation de la «calculatrice cellulaire»: l'erythromycine et la phlorétine. En d'autres termes, un antibiotique et un exhausteur de goût que l'on trouve dans les feuilles de pommier. La fonction «et» nécessite les deux signaux d'entrée, donc à la fois l'erythromicine et la phlorétine, pour que la cellule rende un «un» à la sortie. Ce «un» entraîne la formation d'une protéine fluorescente par le réseau de gènes. Ce qui rend la cellule lumineuse. Elle ne s'allume pas si un des deux signaux d'entrée vient à manquer.

Une telle complexité avec la combinaison de plusieurs fonctions logiques n'a encore jamais été obtenue dans un réseau de gènes d'une cellules, a expliqué Martin Fussenegger. Selon lui, il est remarquable d'avoir réalisé une calculatrice biologique qui peut traiter deux signaux d'entrée et de sortie en parallèle. C'est la principale différence entre l'ordinateur biologique et l'électronique digitale travaillant exclusivement avec des électrons.

Action simultanée

Une cellule peut transformer divers produits métaboliques simultanément, a souligné le professeur Fussenegger. Jusqu'ici, la calculatrice biologique maîtrise seulement les fonctions du calcul binaire de base et ne peut donc pas être comparée à un ordinateur. «Malgré cela, c'est génial qu'une cellule de mammifère puisse calculer de cette manière», s'est-il exclamé.

Des «interrupteurs biologiques» ont déjà été réalisés chez les bactéries et les levures. La nouveauté est que l'ensemble d'un système soit logé dans une seule et même cellule de mammifère.

Martin Fussenegger imagine déjà que dans un lointain avenir, de telles calculatrices biologiques soient implantées chez des patients afin de surveiller leur métabolisme et intervenir en cas de besoin. Des cellules intelligentes pourraient par exemple entrer en action chez des individus atteints de diabète et piloter la production d'insuline. Il reconnaît cependant que les chercheurs sont encore très éloignés de telles applications. (ap)

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