Chloé Moreau
Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont développé un nouveau form de matériau qui pourrait offrir une remedy strong et écologique pour éliminer les polluants de l’eau.
Surnommé « matériau vivant artificiel », il s’agit d’une construction imprimée en 3D composée d’un polymère à base d’algues combiné à des bactéries génétiquement modifiées pour produire une enzyme qui transforme divers polluants organiques en molécules inoffensives. Les bactéries ont également été conçues pour s’autodétruire en présence d’une molécule appelée théophylline, que l’on trouve souvent dans le thé et le chocolat. Cela offre un moyen de les éliminer une fois qu’ils ont accompli leur travail.
Les chercheurs décrivent le nouveau matériau décontaminant dans un posting publié dans la revue Mother nature Communications.
“Ce qui est innovant, c’est l’association d’un matériau polymère avec un système biologique pour créer un matériau vivant able de fonctionner et de répondre aux stimuli d’une manière que les matériaux synthétiques ordinaires ne peuvent pas”, a déclaré Jon Pokorski, professeur de nano-ingénierie à l’UC San Diego, qui a co- a dirigé la recherche.
Le travail était le fruit d’une collaboration entre ingénieurs, scientifiques des matériaux et biologistes du Centre de recherche et d’ingénierie sur les matériaux de l’UC San Diego (MRSEC). Les co-chercheurs principaux de l’équipe multidisciplinaire comprennent les professeurs de biologie moléculaire Susan Golden et James Golden et le professeur de nano-ingénierie Shaochen Chen.
“Cette collaboration nous a permis d’appliquer nos connaissances sur la génétique et la physiologie des cyanobactéries pour créer un matériel vivant”, a déclaré Susan Golden, membre du corps professoral de l’École des sciences biologiques. “Nous pouvons désormais réfléchir de manière créative à l’ingénierie de nouvelles fonctions dans les cyanobactéries afin de fabriquer des produits plus utiles.”
Pour créer le matériau vivant dans cette étude, les chercheurs ont utilisé de l’alginate, un polymère naturel dérivé d’algues, l’ont hydraté pour fabriquer un gel et l’ont mélangé avec un sort de bactérie photosynthétique aquatique connue sous le nom de cyanobactéries.
Le mélange a été introduit dans une imprimante 3D. Après avoir testé diverses géométries imprimées en 3D pour leur matériau, les chercheurs ont découvert qu’une construction en forme de grille était optimale pour maintenir les bactéries en vie. La forme choisie présente un rapport floor/volume élevé, ce qui put la plupart des cyanobactéries près de la area du matériau pour accéder aux nutriments, aux gaz et à la lumière.
La floor accrue rend également le matériau plus efficace lors de la décontamination.
À titre d’expérience de validation de principe, les chercheurs ont génétiquement modifié les cyanobactéries présentes dans leur matériau pour produire en permanence une enzyme décontaminante appelée laccase. Des études ont montré que la laccase peut être utilisée pour neutraliser divers polluants organiques, notamment le bisphénol A (BPA), les antibiotiques, les médicaments pharmaceutiques et les colorants. Dans cette étude, les chercheurs ont démontré que leur matériau pouvait être utilisé pour décontaminer le colorant polluant indigo carmin, qui est un colorant bleu largement utilisé dans l’industrie textile pour colorer le denim. Lors de exams, le matériau a décoloré une remedy aqueuse contenant le colorant.
Les chercheurs ont également développé un moyen d’éliminer les cyanobactéries une fois les polluants éliminés. Ils ont génétiquement modifié la bactérie pour qu’elle réponde à une molécule appelée théophylline. La molécule incite les bactéries à produire une protéine qui détruit leurs cellules.
“La matière vivante peut agir sur le polluant d’intérêt, puis une petite molécule peut être ajoutée par la suite pour tuer la bactérie”, a expliqué Pokorski. “De cette façon, nous pouvons apaiser toute inquiétude concernant la persistance de bactéries génétiquement modifiées dans l’environnement.”
Une resolution préférable, notent les chercheurs, consiste à faire en sorte que les bactéries se détruisent elles-mêmes sans ajout de produits chimiques. Ce sera l’une des orientations futures de cette recherche.
“Notre objectif est de fabriquer des matériaux qui répondent aux stimuli déjà présents dans l’environnement”, a déclaré Pokorski.
“Nous sommes enthousiasmés par les possibilités que ce travail peut déboucher et par les nouveaux matériaux passionnants que nous pouvons créer. C’est le style de recherche qui peut aboutir lorsque des chercheurs possédant une experience interdisciplinaire dans les matériaux et les sciences biologiques unissent leurs forces. C’est tout rendu doable grâce à notre groupe de recherche interdisciplinaire à l’UC San Diego MRSEC.
Titre de l’article : « Matériaux vivants phénotypiquement complexes contenant des cyanobactéries artificielles. » Les co-auteurs incluent Debika Datta*, Elliot L. Weiss*, Daniel Wangpraseurt, Erica Hild, Shaochen Chen, James W. Golden, Susan S. Golden et Jonathan K. Pokorski, tous à l’UC San Diego.
*Ces auteurs ont participé à ce travail à section égale.
Ce travail a été soutenu en partie par le Centre de recherche et d’ingénierie sur les matériaux de l’UC San Diego (UC San Diego MRSEC) et la National Science Foundation (DMR-2011924).
