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Les biologistes aimeraient programmer les cellules comme s'il s'agissait de puces informatiques
Illustration par David S. Goodsell
Assis dans son espace de laboratoire de démarrage à la périphérie du campus du MIT, Alec Nielsen ouvre son ordinateur portable et tape des instructions pour une cellule de levure génétiquement modifiée qui deviendra jaune. Il dit au programme quels sucres il prévoit d'alimenter la cellule - arabinose et lactose - et précise qu'il devrait fabriquer une protéine fluorescente que l'on trouve normalement dans les méduses.
L'ordinateur prend environ 60 secondes avant de recracher une liste d'environ 11 000 lettres d'ADN, ainsi que ce qui ressemble à un schéma de circuit.
Nielsen dirige une startup appelée Asimov qui essaie d'automatiser la conception de modifications génétiques sophistiquées. Son logiciel, appelé CELLO, est calqué sur le type utilisé pour planifier des circuits électroniques et des puces informatiques avec des milliards de transistors.
Un « schéma de circuit » montre comment une voie moléculaire doit agir dans un micro-organisme.
La recherche en biologie, pour la plupart, est expérimentale. Vous ne savez pas ce qui fonctionnera jusqu'à ce que vous l'essayiez. Mais Asimov pense que cela peut éliminer certaines conjectures de la fabrication d'organismes modifiés. Nous avons décidé il y a quelques années de prendre ce problème très complexe et de le rendre aussi simple que de programmer un ordinateur, explique Christopher Voigt, professeur au MIT et cofondateur de l'entreprise. Nous commençons à réfléchir à la manière d'intégrer les outils de conception de circuits électroniques dans la conception de circuits génétiques.
La fabrication de protéines, de biocarburants ou de produits chimiques à l'intérieur des cellules n'est pas nouvelle. C'est de là que proviennent l'insuline, l'alcool et les enzymes du détergent à lessive. Mais faire en sorte qu'un microbe fasse ce que vous voulez, quand vous voulez, sans tomber mort à cause de l'effort n'est pas facile.
Aujourd'hui, les scientifiques conçoivent une nouvelle génération d'organismes qui font plus que pomper en continu des produits génétiques comme des usines. Ils veulent qu'ils détectent et réagissent aux signaux environnementaux, s'allument à certains moments ou deviennent des médicaments anticancéreux intelligents qui ne sont mortels qu'à l'intérieur d'une tumeur.
Quelques produits contenant de tels commutateurs sont déjà en cours de développement. Une société appelée Synlogic teste des bactéries contenant un circuit génétique que les gens avalent dans le cadre d'un essai clinique. Les grandes sociétés pharmaceutiques ont commencé à acquérir des startups avec des idées pour de nouvelles cellules anticancéreuses.
Alec Nielsen (à gauche) et Raja Srinivas font partie des fondateurs d'une startup essayant d'accélérer l'ingénierie des micro-organismes.
Le laboratoire de Voigt a passé la dernière décennie à développer des commutateurs génétiques qui effectuent des tâches logiques de base, comme attendre deux signaux biologiques avant de s'allumer.
En 2016, lui, Nielsen et d'autres ont fait la démonstration du logiciel CELLO, qui a tellement accéléré la conception génétique qu'ils ont pu construire 52 circuits de ce type en une semaine environ. Plus des deux tiers travaillaient réellement. Il condense des années de travail en quelques semaines, dit Voigt. Nous avons passé beaucoup de temps à comprendre pourquoi les éléments de base échouent et comment les réparer, et comment isoler le système afin qu'ils fonctionnent dans toutes les différentes combinaisons.
Asimov a levé des fonds auprès d'Andreessen Horowitz, la société de capital-risque de la Silicon Valley, qui dispose d'un fonds de 450 millions de dollars qu'elle investit dans des sociétés de biotechnologie qui intègrent des concepts de logiciels ou d'ingénierie informatique. Le plan d'Asimov est de concevoir des circuits pour les clients et de fournir les constructions d'ADN dont ils ont besoin.
Si la conception biologique peut être rendue plus prévisible, Nielsen voit peu de limites à son utilisation. Nous pensons que des circuits génétiques commenceront à apparaître dans tous les produits qui touchent nos vies au quotidien, des aliments aux vêtements en passant par les médicaments, dit-il.