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Bactéries comestibles d'ingénierie
Les probiotiques, un domaine qui cherche à utiliser des bactéries comestibles pour améliorer la santé humaine, pourraient bientôt subir une métamorphose. Les étudiants du MIT et du Caltech utilisent les techniques de la biologie synthétique pour créer des bactéries qui combattent les caries, produisent des vitamines et traitent l'intolérance au lactose, dans le cadre de la Machines internationales génétiquement modifiées (iGEM) au MIT. La nouvelle recherche pourrait conduire à un moyen moins coûteux de produire des médicaments ou d'améliorer les régimes alimentaires dans les pays en développement.
Bugs anti-plaques : Des étudiants du MIT mettent au point la bactérie Lactobacillus bulgaricus (montré ici en marron), présent dans le yaourt, pour prévenir les caries.
La biologie synthétique est la quête pour concevoir et construire de nouveaux organismes qui remplissent des fonctions utiles. De nombreuses recherches dans ce domaine se sont concentrées sur l'utilisation de bactéries comme usine : l'un de ses premiers succès a été le développement de microbes qui produisent des médicaments contre le paludisme. D'autres recherches ont porté sur des véhicules d'administration ciblés, tels que des microbes conçus pour amener des médicaments dans une partie spécifique du corps. Mais les nouveaux projets sont des tentatives pour améliorer les bienfaits pour la santé des bactéries comestibles.
Ces projets capitalisent sur le fait que notre corps est déjà colonisé par des milliards de bactéries. Si vous voulez vraiment appliquer une bactérie à une personne, réfléchissez à l'endroit où elles existent naturellement et survivent chez un humain tout en essayant de concevoir de nouvelles fonctions, explique Christina Smolke, biologiste synthétique à Caltech qui conseille l'équipe de l'université.
Notre bouche, par exemple, est un refuge pour les bactéries, bonnes et mauvaises. Les bactéries qui vivent dans la plaque dentaire, appelées Streptocoque mutant , se nourrissent de sucre sur nos dents et sécrètent ensuite des acides, qui usent l'émail dentaire et provoquent des caries. Pour créer des microbes combattant les caries, le L'équipe du MIT a commencé avec un peptide - un segment protéique court - qui a déjà été démontré qu'il empêchait les mauvaises bactéries de coller aux dents. L'équipe a construit un morceau d'ADN contenant à la fois le gène qui fabrique le peptide et un gène pour un signal moléculaire qui amène la bactérie à l'excréter.
La prochaine étape consistera à insérer ce morceau d'ADN dans Lactobacillus bulgaricus , un microbe commun dans le yaourt. Les étudiants ne l'ont pas encore fait, mais ils ont réussi à introduire de l'ADN étranger dans le microbe, ce qui prépare le microbe à poursuivre le génie génétique. C'est en soi un exploit impressionnant, étant donné que Lactobacillus bulgaricus n'est pas couramment utilisé en laboratoire et nécessite donc le développement de nouvelles techniques expérimentales.
Si le microbe peut être modifié avec succès, manger du yaourt le déposerait sur les dents, où il produirait le peptide protecteur. Ce serait probablement plus efficace qu'un antibactérien qui tue tout, explique Chia-Yung Wu, un étudiant diplômé en biologie au MIT qui conseille l'équipe. Il ne cible que les substances nocives. (Un problème courant avec les antibiotiques est qu'ils tuent à la fois les bactéries nocives et utiles dans la bouche et l'intestin, laissant un paysage ouvert à la colonisation des mauvaises bactéries.)
Un projet central en biologie synthétique est la tentative de créer une énorme liste de pièces accessible au public, un catalogue de séquences de gènes et les fonctions des protéines résultantes. L'équipe du MIT n'a pas l'intention de développer un produit à usage commercial, mais les parties biologiques qu'elle crée pourraient un jour être utilisées dans d'autres applications – améliorer la valeur nutritionnelle du yaourt, par exemple, avec des bactéries qui produisent un type spécifique de vitamine. . L'équipe, qui comprend les étudiants de premier cycle Sara Mouradian et Derek Ju, a déjà déposé les pièces qu'elle a créées dans un référentiel central au MIT appelé le Registre des pièces biologiques standard . L'élargissement du registre est l'un des aspects les plus importants de la compétition. Cette année, nous avons envoyé 2 000 pièces d'ADN à chaque équipe, et nous récupérons 1 500 nouvelles pièces, dit Randy Rettberg , directeur d'iGEM et chercheur principal au MIT.
le L'équipe Caltech s'est concentré sur les microbes dans l'intestin, visant à créer une solution microbienne à l'intolérance au lactose. Plutôt que de prendre une vitamine par jour, vous pouvez boire des microbes intestinaux et rester en place pendant une semaine ou un mois ou aussi longtemps que les microbes durent, explique Josh Michener, un étudiant diplômé de Caltech qui conseille l'équipe.
Les personnes qui peuvent tolérer les produits laitiers sécrètent naturellement de la lactase, une enzyme qui décompose le lactose, un sucre du lait. Les produits de dégradation, dont le glucose, sont ensuite absorbés dans le sang par l'intestin grêle. Chez les personnes intolérantes au lactose, le sucre est transmis au gros intestin, où il est finalement métabolisé par une chaîne de bactéries. Au cours du processus, les microbes produisent de l'hydrogène et du méthane, responsables des symptômes gênants - nausées, ballonnements, gaz et diarrhée - du trouble.
Des pilules de lactase sont disponibles pour aider les gens à digérer les produits laitiers, mais les étudiants de Caltech voulaient une solution plus permanente. Ils ont commencé avec une souche de E. coli souvent utilisé comme probiotique en Allemagne. La souche, appelée Nissle 1917, a été extraite à l'origine de soldats de la Première Guerre mondiale qui étaient immunisés contre un virus gastro-intestinal extrême qui a balayé un camp militaire, explique Michener.
Les étudiants ont ajouté trois éléments biologiques à la bactérie de Nissle : un gène qui produit l'enzyme lactase, un récepteur qui reconnaît le lactose et un capteur qui provoque l'ouverture de la cellule à une certaine concentration de lactose. Avec ce système, les bactéries de l'intestin produiraient constamment de la lactase. Lorsque les récepteurs de la surface externe d'une bactérie se liaient à une quantité suffisante de lactose, ils déclencheraient l'explosion de la cellule, libérant de la lactase dans l'intestin pour décomposer le sucre. Les étudiants ont jusqu'à présent créé les deux premiers composants, mais ont du mal à concevoir les microbes pour qu'ils s'autodétruisent correctement. L'équipe travaille également sur un microbe comestible qui produirait du folate, une vitamine importante pour prévenir les malformations congénitales.
Les deux équipes ont présenté leurs recherches au concours iGEM au MIT ce week-end, avec plus de 70 autres équipes d'universités du monde entier. Au cours des dernières années, les étudiants ont tout créé, du film photographique bactérien aux bactéries parfumées à la banane et aux minuscules boîtes d'ADN.