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Le système CRISPR d’édition des gènes est généralement connu pour aider les scientifiques à traiter les maladies génétiques, mais cette technologie a également toute une gamme d’utilisations possibles en biologie synthétique. Des chercheurs de l’ETH Zurich utilisent désormais CRISPR pour construire des bio-ordinateurs fonctionnels à l’intérieur de cellules humaines.

Des ordinateurs dans les cellules humaines

Aussi puissants que soient les ordinateurs modernes, la nature nous a battus depuis longtemps. Les organismes vivants pourraient déjà être considérés comme des ordinateurs – leurs cellules agissent comme des portes logiques, recueillant les informations du monde extérieur, et les traitant en répondant à certains processus métaboliques.
« Le corps humain lui-même est un grand ordinateur », déclare Martin Fussenegger, chercheur principal de recherche. « Depuis des temps immémoriaux, notre métabolisme fait appel à la puissance de calcul de milliards de cellules, et contrairement à un supercalculateur technique, ce grand ordinateur n’a besoin que de très peu d’énergie. »
Exploiter ces processus naturels pour construire des circuits logiques est un objectif-clé de la biologie synthétique. Dans ce cas, l’équipe de l’ETH Zurich a trouvé un moyen d’insérer des processeurs double cœur dans des cellules humaines en modifiant d’abord l’outil d’édition de gènes CRISPR.
Normalement, ce système utilise des séquences d’ARN guide pour cibler des segments d’ADN spécifiques du génome, puis effectue des modifications précises. Cependant pour ce projet, l’équipe a créé une version spéciale de l’enzyme Cas9 pouvant servir de processeur.

Un double cœur dans une cellule

Cette enzyme Cas9 spéciale lit à la place l’ARN guide comme entrées et, en réponse, exprime des gènes particuliers. Cela crée à son tour certaines protéines en tant que sortie. Ces processeurs agissent comme des demi-additionneurs numériques. En gros, ils peuvent comparer deux entrées ou ajouter deux nombres binaires et fournir deux sorties. Pour augmenter la puissance de calcul, les chercheurs ont réussi à compresser deux cœurs de ce processeur dans une seule cellule.
À long terme, ces milliards d’ordinateurs cellulaires à double cœur pourraient être superposés pour constituer de puissants bio-ordinateurs destinés au diagnostic et au traitement des maladies. Par exemple, l’équipe a indiqué qu’elle pourrait rechercher des biomarqueurs et réagir en créant différentes molécules thérapeutiques, selon que l’un, l’autre ou les deux biomarqueurs soient présents.

Une puissance de traitement supérieure aux superordinateurs 

« Imaginez un microtissue avec des milliards de cellules, chacune équipée de son propre processeur double-cœur », déclare Fussenegger. « De tels » organes de calcul « pourraient théoriquement atteindre une puissance de traitement bien supérieure à celle d’un superordinateurs numérique et ne consommer qu’une fraction de cette énergie. »
Cette recherche a été publiée dans la revue PNAS.
Source : ETH Zurich
Crédit photo : Pixabay (montage)