Les chercheurs ont piraté le système immunitaire d'une bactérie en l'utilisant comme l'équivalent d'un magnétophone à bande moléculaire.
En réagissant aux changements chimiques dans les environs et en les «temporalisant» dans l'ADN, la technologie ouvre la voie à des dispositifs de surveillance vivants qui pourraient être utilisés dans les écrans de santé ou pour analyser les polluants dans les écosystèmes.
Les scientifiques du Columbia University Medical Center aux États-Unis ont coopté le système de modification génétique connu sous le nom de CRISPR-Cas dans la bactérie Escherichia coli profitant de sa capacité naturelle à se souvenir des informations génétiques des virus.
"Le système CRISPR-Cas est un dispositif de mémoire biologique naturel", explique l'auteur principal de l'étude, le biophysicien Harris Wang.
"D'un point de vue technique, c'est plutôt sympa, car c'est un système qui a été perfectionné grâce à l'évolution pour être vraiment efficace dans le stockage de l'information."
CRISPR est vraiment le cadeau qui continue de donner. Peu de technologies méritent le droit d'être qualifiées de révolutionnaires, mais grâce à leur relative simplicité et fiabilité, le système moléculaire a déjà fait sa marque en transformant le domaine du génie génétique.
L'outil fonctionne sur la base d'un principe que nous avons observé chez les bactéries – il s'avère qu'une bactérie comme E. coli contient des «bibliothèques» de séquences génétiques qui l'aident à identifier les virus invasifs.
La bactérie copie ces librairies sur des sections d'ARN qui aident les enzymes appelées Cas à reconnaître rapidement les génomes viraux et à les déchirer avant qu'ils ne puissent causer des dommages.
C'est ce qui rend le système incroyablement utile en tant que scalpel moléculaire. Mais dans ce cas, les chercheurs se sont tournés vers la bibliothèque elle-même.
"Quand on pense à enregistrer des signaux changeant temporellement avec de l'électronique, ou un enregistrement audio … c'est une technologie très puissante, mais on se demandait comment on pouvait faire ça aux cellules vivantes elles-mêmes?" dit l'un des étudiants diplômés de Wang, Ravi Sheth.
L'équipe a utilisé des fragments circulaires d'ADN appelés plasmides comme messages dans la bibliothèque de données.
En déclenchant la production de messages spécifiques en réponse à un signal particulier – comme la présence d'un métabolite comme le cuivre ou le fucose de sucre – les scientifiques ont pu enregistrer un changement environnemental spécifique.
Pour le transformer en un appareil d'enregistrement, cependant, ils devraient stocker ces changements dans une séquence qui pourrait être interprétée comme une mesure du temps.
C'est là qu'intervient CRISPR. La machinerie d'acquisition d'espaceurs CRISPR-Cas a été modifiée pour répondre à la quantité de ces plasmides en les assemblant en une séquence, un peu comme un magnétophone.
Quand il y avait une absence de plasmides, la machinerie a continué à construire la séquence en utilisant un autre type de plasmide comme espaceur de référence; sorte de l'équivalent de l'air mort.
Le mélange de plasmides fournit un horodatage pour les changements dans l'environnement.
"Cette approche permet un enregistrement stable sur plusieurs jours et une reconstruction précise des informations temporelles et de lignage en séquençant des tableaux CRISPR", écrivent les chercheurs dans leur rapport.
Regardez la vidéo ci-dessous pour avoir une idée du processus:
L'équipe appelle leur technologie 'enregistrement temporel dans les tableaux par expansion CRISPR', ou TRACE pour faire court.
L'étape suivante pour TRACE est de répondre aux biomarqueurs de la maladie dans le système digestif qui pourraient fluctuer sur plusieurs jours.
Avec des piles croissantes de preuves reliant les microbes intestinaux à une variété de conditions, allant de la maladie de Parkinson à la fatigue chronique en passant par la sclérose en plaques, disposer d'outils plus précis pour analyser les environnements complexes est une évidence.
"De telles bactéries, avalées par un patient, pourraient être en mesure d'enregistrer les changements qu'elles subissent à travers le tube digestif, donnant une vision sans précédent des phénomènes auparavant inaccessibles", explique Wang.
Cette recherche a été publiée dans Science .
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