iGEM 2018 : Un nez sur quatre roues en compétition internationale

AROMA – c’est sous cet acronyme que l’équipe iGEM de l’EPF de Zurich s’engage dans la compétition internationale 2018 de biologie synthétique. Il signifie « Autonomous Robot for Odorant Measurement in Air ». Ce nom est tout un programme : l’équipe, qui réunit biologie, électronique et études interdisciplinaires, construit un robot « flaireur », c’est-à-dire capable de sentir certaines substances dans l’air ambiant.

AROMA
AROMAImmagine: iGEM ETH Zurich

Un tel appareil aurait de multiples champs d’application. Il pourrait par exemple, en identifiant des molécules caractéristiques, déceler des fuites dans des oléoducs ou détecter des mines terrestres. Principe d’AROMA : ce robot, dont l’apparence rappelle un petit véhicule tout-terrain, se déplace en suivant « à la trace » la concentration des molécules jusqu’à leur source. « Nous nous sommes décidés pour un projet en dehors du domaine thérapeutique des sciences du vivant, parce que celui-ci est en général largement représenté dans le concours iGEM », explique Oliver Baltensperger de l’équipe iGEM.

La particularité du projet de l’équipe iGEM est de combiner l’électronique et la biologie. Au lieu d’une sonde de mesure ordinaire, c’est un biocapteur cellulaire qui contrôle le robot. Les jeunes chercheuses et chercheurs ont testé deux approches différentes pour maîtriser l’inconvénient majeur de tels capteurs : leur long temps de réaction. En effet, habituellement, ceux-ci réagissent lorsqu’une excitation des récepteurs cellulaires entraîne chez celle-ci l’expression d’une protéine, un processus qui prend quelques minutes.

Deux approches prises en considération

Pour obtenir un biocapteur réagissant rapidement, l’équipe iGEM recourt au chemin de réaction chimiotaxique de la bactérie Escherichia coli. La chimiotaxie est l’une des réactions fondamentales des cellules bactériennes, faisant que celles-ci orientent leur déplacement en fonction de la concentration de certaines substances ou molécules. La configuration de leurs mouvements change et peut être observée au microscope. Le robot tire parti de cela : dans son « nez », se trouvent des bactéries et un microscope que les chercheurs ont construit eux-mêmes. Un algorithme analyse le mouvement des flagelles des bactéries et transmet le signal au robot qui se déplace en conséquence dans la direction de la source de la substance. Pour renforcer le signal, les étudiants ont fixé les bactéries sur la lame du microscope et accroché des microparticules aux cellules. Le bon fonctionnement du biocapteur bactérien a été vérifié au moyen d’une substance odorante naturelle, l’aspartate.

Une autre approche du groupe est basée sur l’usage de bactéries capables de produire une protéine fluorescente coupée en deux parties. L’adjonction d’une protéine de liaison jouant le rôle de « biocolle », permet à celles-ci de se réassembler dès que des molécules odorantes spécifiques sont présentes aux alentours.. Ces signaux visuels sont eux aussi détectés par le microscope et transmis au robot.

Les signaux visuels – dans la première approche le mouvement de la bactérie, dans la seconde la luminosité – indiquent au robot la direction dans laquelle il doit se déplacer.

Le défi de l’adaptation

Pour qu’« AROMA » soit effectivement en mesure de remplir ses multiples tâches, il faudrait que le robot puisse être ajusté en fonction de différentes molécules odorantes. Les jeunes chercheurs ont donc essayé d’adapter le récepteur de chimiotaxie. Dans la bibliothèque de l’iGEM, ils ont trouvé des instructions sur la manière de rendre le récepteur sensible à la vanilline, cependant cette adaptation n’a pas réussi jusqu’ici.

L’archivage des résultats d’éditions précédentes d’iGEM, en tant que base de travail pour la recherche, est une caractéristique de ce concours international (voir encadré). Chaque équipe participante doit communiquer les nouvelles séquences d’ADN – les «bio-briques» – qu’elle a développées. Dans le cas de l’équipe de l’EPF de Zurich, il s’agit de la protéine fluorescente coupée en deux morceaux capables d’être réassemblés par la « biocolle » ainsi que la bactérie E. colimunie des microparticules.

Heures supplémentaires et passion

L’équipe iGEM, dont les membres ont été sélectionnés sur la base d’un appel à candidatures, a commencé son travail en mai de cette année. Il s’agissait d’abord de développer une idée de projet et d’étudier les publications spécialisées s’y rapportant. Le travail de recherche proprement dit a pris son véritable départ en juillet : « Douze heures au laboratoire – ça soude une équipe ! », affirment unanimement les jeunes chercheurs qui, par ailleurs, ne tarissent pas d’éloges sur la serviabilité générale de la haute école à leur égard: « Chaque fois que nous avons besoin de quelque chose, on nous aide quand nous disons que c’est pour l’iGEM ». Les « crédits » en vue ne motivent pas à eux seuls ce grand engagement : c’est bien plus un sentiment où se mélangent l’autonomie, la liberté et la curiosité qui stimule l’équipe – et surtout aussi le plaisir de se mesurer à d’autres groupes de recherche.

Mais les tâches des équipes iGEM ne se limitent pas à l’activité scientifique au sens strict. Sous l’étiquette de « pratiques humaines », les conditions de participation exigent également l’échange avec le public. C’est ainsi qu’un samedi de septembre, en ville de Bâle, les membres de l’équipe répondaient aux questions de passants intéressés, leur présentaient leur projet et s’entretenaient avec eux sur les possibilités d’application offertes par les organismes génétiquement modifiés. Une autre priorité est la sécurité : le groupe doit être attentif aux éventuelles lacunes que celle-ci pourrait présenter et réfléchir à la manière de les prévenir ; c’est pourquoi un responsable de la sécurité a été nommé en la personne d’Oliver Baltensperger.

Plusieurs distinctions

Plusieurs distinctions sont décernées dans le cadre du concours iGEM. Il y a des récompenses pour les posters, pour les éléments de base (« basic parts »), respectivement les bio-briques, nouvellement développés, pour la présentation du projet et pour d’autres aspects encore. Ces prix sont remis sous la forme de médailles d’argent et d’or ou comme « nomination » si un projet a été considéré comme candidat à une médaille.

Le poster de l’équipe iGEM 2018 de l’EPF de Zurich a déjà reçu un premier prix lors de l’«European Meet up» à Munich. Et une chose est sûre : s’il existait une distinction pour l’acronyme le plus pertinent, AROMA obtiendrait à coup sûr une médaille d’or.

L’équipe iGEM 2018 de l’EPF de Zurich

  • Oliver Baltensperger
  • Niklas Funk
  • Elisa Garulli
  • Robert Hennig
  • Eline Jijman
  • Jan Krüsemann
  • Adriano Martinelli
  • Antonio Martinez

Betreut wird die Gruppe durch

  • Yaakov Benenson
  • Sven Panke
  • Jörg Stelling
AROMA - ETH Zurich | iGEM 2018