Une horloge moléculaire rapide et programmable

Une pièce d'horlogerie moléculaire qui indique le temps avec un éclair de protéine fluorescente pourrait servir de base à de nouveaux biocapteurs. L'horloge, ou oscillateur de gène synthétique, est un exploit de la biologie synthétique, un domaine naissant dans lequel les chercheurs conçoivent de nouvelles pièces biologiques dans des organismes.

Les bio-ingénieurs de l'UC San Diego ont créé la première horloge génétique stable, rapide et programmable qui garde l'heure de manière fiable par le clignotement des protéines fluorescentes à l'intérieur E. coli cellules. Le taux de clignotement de l'horloge change lorsque la température, la source d'énergie ou d'autres conditions environnementales changent. On voit ici un système microfluidique capable de contrôler les conditions environnementales du E. coli cellules avec une grande précision, une des clés de cette avancée.
Crédit: UC San Diego Jacobs School of Engineering

Pour créer l'horloge, les scientifiques ont génétiquement modifié un oscillateur moléculaire composé de plusieurs promoteurs de gènes, qui activent les gènes en présence de certains produits chimiques, et les gènes eux-mêmes, dont l'un code pour une protéine fluorescente. Lorsqu'il est exprimé en E. coli bactéries, le système de rétroaction active et désactive le gène fluorescent à intervalles réguliers.

Les oscillations de l'horloge peuvent être réglées par la température à laquelle le E. coli sont cultivés, les nutriments dont ils sont nourris et les déclencheurs chimiques spécifiques. Selon un article publié aujourd'hui dans La nature , les oscillations les plus rapides que les scientifiques ont enregistrées jusqu'à présent sont d'environ 13 minutes.

La fréquence marche-arrêt pourrait potentiellement être utilisée pour déterminer le niveau de certains produits chimiques toxiques dans l'environnement, explique Jeff Hasty, bio-ingénieur à l'UC San Diego, qui a dirigé le projet. On pourrait apporter des modifications simples pour qu'il réponde à d'autres produits chimiques ou sucres.

Selon un communiqué de presse de l'UC San Diego,

Une prochaine étape consiste à synchroniser les horloges dans un grand nombre de E. coli cellules de sorte que toutes les cellules d'un tube à essai clignotent à l'unisson. Cela commencerait à ressembler beaucoup à l'étoffe d'un capteur environnemental fascinant, a déclaré Jeff Hasty, professeur de bio-ingénierie à l'UC San Diego et auteur principal sur le La nature papier. Les chercheurs de son laboratoire ont également développé des systèmes microfluidiques sophistiqués capables de contrôler les conditions environnementales de leur E. coli cellules avec une grande précision. Cela permet aux bio-ingénieurs de suivre exactement les conditions environnementales qui affectent les taux de clignotement de leurs horloges.

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