De nouvelles bactéries OGM génétiquement programmées pour construire un pavé tactile

Les points noirs sont des nanoparticules d'or attirées par des dômes sensibles à la pression construits par des bactéries génétiquement modifiées.

Les matériaux microstructurés créés à partir de zéro se trouvent souvent dans la nature. Ils combinent organique et inorganique, tout en possédant des qualités physiques améliorées. Par exemple, les coquilles de mollusques sont des microstructures multicouches de carbonate de calcium avec une petite quantité de matière organique. Ce matériau est environ 1000 fois plus résistant que le carbonate de calcium ordinaire. Nos propres os sont également un mélange de collagène organique et de minéraux inorganiques. Contrairement aux méthodes conventionnelles de production physique et chimique, l'assemblage biologique est respectueux de l'environnement et repose sur des blocs de construction auto-assemblés.

Les progrès modernes de la biologie synthétique et de la production de biomatériaux permettent déjà de programmer l'auto-assemblage de protéines, de peptides et de chaînes d'ADN. Maintenant, c'est au tour de l'électronique. Les scientifiques ont construit des bactéries OGM, dont les colonies forment un capteur de pression électronique (pavé tactile).

Une façon de créer un matériau qui combine des matières organiques et inorganiques est de modifier une bactérie afin qu'elle contrôle la création d'un biofilm sur lequel les composants inorganiques sont assemblés.

En 2014, la première expérience a été réalisée sur l'auto-assemblage de fibrilles amyloïdes à partir de cellules bactériennes E. coli , résultant en un biofilm conducteur avec une électrode, qui a été contrôlé en externe comme un interrupteur électronique. Mais cette méthode avait des défauts, par exemple, une colonie de bactéries devait être pré-cultivée sur une surface 2D spécialement structurée. Désormais, les bio-ingénieurs de Duke University (USA) ont utilisé les réalisations précédentes de 2014 et ont proposé une nouvelle méthode dépourvue de ces lacunes. Ils disent qu'une seule cellule, c'est-à-dire une seule bactérie, suffit pour faire croître l'appareil. Après avoir propagé et reçu la commande appropriée, la colonie bactérienne forme indépendamment les structures 3D nécessaires, qui attirent les particules d'or à elles-mêmes aux bons endroits - et forment finalement l'appareil avec la fonctionnalité donnée (dans ce cas, c'est un capteur de pression).


Production de matériel programmable utilisant une bactérie OGM formant un modèle. (a) Le schéma génique consiste en ARN polymérase T7 muté (T7RNAP), qui active sa propre expression, ainsi que l'expression des protéines LuxR et LuxI. La protéine LuxI intervient dans la synthèse de l'AHL, qui favorise l'expression du lysozyme T7, de la protéine CsgA et du fluorophore mCherry grâce à l'activation LuxR. Le circuit est activé par l'ajout exogène d' IPTG . (b) Les bactéries à villosités curli peuvent former des motifs curli auto-organisés dans chaque colonie, qui servent de cadre à l'assemblage de matériaux inorganiques. (c) Un pavé tactile qui détecte et convertit les changements de pression locaux. La forme du dôme est un matériau microstructuré créé par une colonie de bactéries. Les lignes orange correspondent aux fils électriquement conducteurs, et deux plans bleus correspondent aux surfaces de support.

Comme le montre le diagramme ci-dessus, les bactéries exécutent les instructions (programme) définies, ce qui donne une structure en forme de dôme. La taille du dôme peut être contrôlée en modifiant la taille de la colonie. Le dôme attire une nanoparticule d'or. Une coque électriquement conductrice est formée à partir d'eux - un contact du pavé tactile.


Traitement fiable du signal par des capteurs de pression bactériologiques. L'intensité de la luminosité de la LED, qui s'allume en fonction de la pression sur le capteur, est indiquée

Le pavé tactile est testé en laboratoire. Il enregistre normalement non seulement le fait de la pression, mais aussi la force de la pression.

«Cette technologie nous permet de développer un dispositif fonctionnel à partir d'une cellule», explique Lingchong You, professeur agrégé d'ingénierie à Duke University. "Fondamentalement, ce n'est pas différent de programmer une cellule pour qu'elle devienne un arbre."

Selon le professeur, il est possible d'ajouter que certaines cellules vivantes sont programmées pour devenir une personne, de sorte que grâce à la modification génétique, vous pouvez créer une variété de systèmes à partir d'une cellule, si vous programmez correctement la cellule et la laissez se multiplier dans un milieu nutritif.

Démonstration du pavé tactile assemblé par des bactéries OGM:


L'article scientifique a été publié le 9 octobre 2017 dans la revue Nature Biotechnology (doi: 10.1038 / nbt.3978, pdf ).