Des matériaux vivants, créés à partir de bactéries et de levures

Les systèmes biologiques sont constitués de matériaux vivants capables de s’autoréparer, d’interagir avec leur environnement et de se structurer de manière autonome. L’ingénierie des matériaux vivants est un domaine de recherche passionnant qui a pour objectif de créer de nouveaux matériaux à partir d’organismes vivants génétiquement modifiés.

Les biofilms : des matériaux vivants

Cela fait plusieurs années que les chercheurs du MIT travaillent au développement de matériaux synthétisés par des bactéries. Dans une étude datant de 2014, le même laboratoire présentait un moyen d’obtenir des matériaux hybrides, à partir de la bactérie E. coli et de nanofils d’or.

Néanmoins, cette méthode avait des inconvénients : l’épaisseur et la taille des biofilms obtenus étaient trop faibles, et la solution était peu applicable pour une utilisation à grande échelle. Dans le récent papier publié dans le journal Nature Materials, les chercheurs du MIT, de l’Imperial College de Londres et de l’Université de Cambridge, explorent une voie bien plus prometteuse en s’inspirant du kombucha.

La mère du kombucha, une matière riche en cellulose

Cette fois-ci, les chercheurs ont utilisé le SCOBY, une culture symbiotique de levures et de bactéries, une substance gélatineuse et épaisse (aussi appelée « mère ») couramment utilisée pour produire par fermentation des aliments et des boissons acides telles que le kombucha.

Produire des biofilms en grande quantité de cette manière paraît donc relativement simple. Néanmoins, pour créer des « matériaux vivants », avec des fonctions contrôlées, les chercheurs avaient besoin de modifier l’ADN des levures. Malheureusement, les souches naturelles habituellement présentes dans la mère du kombucha sont difficiles à modifier génétiquement.

Pour résoudre ce problème, ils ont tout d’abord isolé la bactérie naturellement présente (Komagataeibacter rhaeticus) dans la mère du kombucha. Cette bactérie a un rôle très important, car elle permet de produire du cellulose en grande quantité, donnant au matériau sa structure.

Ils l’ont ensuite associée avec une souche de levure de laboratoire, plus facile à manipuler génétiquement : Saccharomyces cerevisiae.

Quelles applications ?

Pour démontrer l’utilité du SCOBY de synthèse (Syn-SCOBY) qu’ils ont développé, les chercheurs étudient plusieurs voies, dont la création d’un matériau contenant une levure qui produit une protéine bioluminescente lorsqu’elle est exposée à la lumière bleue. Ils ont également testé l’incorporation de levures capables de détecter l’estradiol, un polluant et perturbateur endocrinien.

Par ailleurs, le Syn-SCOBY a l’avantage d’être économique, facile à mettre en œuvre et de permettre la synthèse en très grandes quantités. Dans un communiqué de presse, Tzu-Chieh Tang, l’un des deux auteurs principaux, est enthousiaste : « Cela permet de produire au moins 1 000 fois plus de matériaux que le système basé sur E. coli ».

Timothy Lu, maître de conférences en ingénierie biologique, électrique et en informatique, ajoute : « Nous prévoyons un avenir dans lequel divers matériaux pourraient être cultivés chez soi ou dans des usines de production locale, en utilisant la biologie plutôt qu’une fabrication centralisée et gourmande en ressources. »

Légende de Une : En utilisant des bactéries et des levures similaires à celles que l’on trouve dans le kombucha, les ingénieurs du MIT peuvent créer des « matériaux vivants ». Crédit : Tzu-Chieh (Zijay) Tang