Les scientifiques qui créent un bio-internet des objets

Image conceptuelle de bactéries dans une boîte de Pétri michael schiffer / unsplash

Imaginez concevoir l'appareil parfait pour l'Internet des objets. Quelles fonctions doit-il avoir ? Pour commencer, il doit être capable de communiquer, à la fois avec d'autres appareils et avec ses seigneurs humains. Il doit pouvoir stocker et traiter des informations. Et il doit surveiller son environnement avec une gamme de capteurs. Enfin, il aura besoin d'une sorte de moteur intégré.

Les appareils dotés de plusieurs de ces fonctionnalités ne manquent pas. La plupart sont basés sur des appareils largement disponibles et peu coûteux tels que les Raspberry Pis, les cartes Arduino, etc.

Mais un autre ensemble de machines avec des fonctions similaires est beaucoup plus abondant, disent Raphael Kim et Stefan Poslad de l'Université Queen Mary de Londres au Royaume-Uni. Ils soulignent que les bactéries communiquent efficacement et disposent de moteurs et de capteurs intégrés, ainsi que d'une puissante architecture de stockage et de traitement des informations.

Et cela soulève une possibilité intéressante, disent-ils. Pourquoi ne pas utiliser des bactéries pour créer une version biologique de l'internet des objets ? Aujourd'hui, dans un appel à l'action, ils exposent certaines des réflexions et des technologies qui pourraient rendre cela possible.

La façon dont les bactéries stockent et traitent les informations est un domaine de recherche émergent, principalement axé sur le cheval de bataille bactérien Escherichia coli . Ces bactéries (et d'autres) stockent des informations dans des structures d'ADN en forme d'anneau appelées plasmides, qu'elles transmettent d'un organisme à l'autre dans un processus appelé conjugaison.

L'année dernière, Federico Tavella de l'Université de Padoue en Italie et ses collègues ont construit un circuit dans lequel une souche d'immobile E. coli a transmis un simple message Hello world à une souche mobile, qui a transporté l'information vers un autre endroit.

Ce type de transmission d'informations se produit tout le temps dans le monde bactérien, créant un réseau incroyablement complexe. Mais l'expérience de preuve de principe de Tavella and co montre comment elle peut être exploitée pour créer une sorte de bio-internet, disent Kim et Poslad.

E. coli faire un support parfait pour ce réseau. Ils sont mobiles - ils ont un moteur intégré sous la forme d'appendices filiformes ondulants appelés flagelles, qui génèrent une poussée. Ils ont des récepteurs dans leurs parois cellulaires qui détectent certains aspects de leur environnement - température, lumière, produits chimiques, etc. Ils stockent des informations dans l'ADN et les traitent à l'aide de ribosomes. Et ils sont minuscules, ce qui leur permet d'exister dans des environnements auxquels les technologies créées par l'homme ont du mal à accéder.

E. coli sont relativement faciles à manipuler et à concevoir. Le mouvement populaire de la biologie DIY rend les outils biotechnologiques moins chers et plus facilement disponibles. le Amino Lab , par exemple, est un kit de génie génétique pour les écoliers, leur permettant de reprogrammer E. coli pour briller dans le noir, entre autres.

Ce type de biohacking devient relativement courant et montre le potentiel remarquable d'un bio-internet des objets. Kim et Poslad parlent d'un large éventail de possibilités. Les bactéries pourraient être programmées et déployées dans différents environnements, tels que la mer et les «villes intelligentes», pour détecter les toxines et les polluants, collecter des données et entreprendre des processus de bioremédiation, disent-ils.

Les bactéries pourraient même être reprogrammées pour traiter des maladies. Hébergeant de l'ADN qui code pour des hormones utiles, par exemple, la bactérie peut nager vers une destination choisie dans le corps humain, [et] produire et libérer les hormones lorsqu'elle est déclenchée par le capteur interne du microbe, suggèrent-ils.

Bien sûr, il y a divers inconvénients. Alors que le génie génétique rend possibles toutes sortes d'expériences amusantes, des possibilités plus sombres donnent aux experts en biosécurité des nuits blanches. Il n'est pas difficile d'imaginer des bactéries agissant comme vecteurs de diverses maladies désagréables, par exemple.

Il est également facile de perdre des bactéries. Une chose qu'ils n'ont pas, c'est l'équivalent du GPS. Il est donc difficile de les suivre. En effet, il peut être presque impossible de suivre les informations qu'ils transmettent une fois qu'elles sont diffusées dans la nature.

Et c'est là que réside l'un des problèmes d'un Internet biologique des objets. L'Internet conventionnel est un moyen de commencer avec un message à un point de l'espace et de le recréer à un autre point choisi par l'expéditeur. Il permet aux humains, et de plus en plus aux appareils, de communiquer entre eux à travers la planète.

Le bio-internet de Kim et Poslad, en revanche, offre un moyen de créer et de diffuser un message, mais peu de contrôle sur sa destination. Le bioréseau créé par la conjugaison bactérienne est si vaste que l'information peut se répandre plus ou moins n'importe où. Les biologistes ont observé le processus de conjugaison transférant le matériel génétique des bactéries aux levures, aux plantes et même aux cellules de mammifères.

L'évolution joue aussi un rôle. Tous les êtres vivants sont soumis à ses forces. Peu importe à quel point une bactérie peut sembler bénigne, le processus d'évolution peut faire des ravages par mutation et sélection, avec des résultats impossibles à prévoir.

Ensuite, il y a le problème des mauvais acteurs qui influencent ce réseau. L'Internet conventionnel a attiré plus que sa juste part d'individus qui diffusent des logiciels malveillants à des fins néfastes. L'intérêt qu'ils pourraient avoir pour un internet biologique des objets relève du cauchemar.

Kim et Poslad reconnaissent certains de ces problèmes, affirmant que la création d'un réseau à base de bactéries présente de nouveaux problèmes éthiques. De tels défis offrent un riche domaine de discussion sur l'implication plus large des systèmes de l'Internet des objets pilotés par des bactéries, concluent-ils avec un euphémisme.

C'est une discussion qu'il vaut la peine d'avoir plus tôt que tard.

Réf : arxiv.org/abs/1910.01974 : The Thing with E. coli : mise en évidence des opportunités et des défis de l'intégration des bactéries dans l'IoT et l'IHM

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