Le système d’édition de gènes CRISPR (1) est généralement connu pour aider les scientifiques à traiter les maladies génétiques, mais cette technologie peut également servir à toute une série d’applications en biologie synthétique. Aujourd’hui, les chercheurs de l’ETH Zurich ont utilisé le CRISPR pour construire des bio-ordinateurs fonctionnels à l’intérieur des cellules humaines.
Aussi puissants que soient les ordinateurs modernes, la nature nous a surpassés il y a longtemps. Les organismes vivants pourraient déjà être considérés comme des ordinateurs – leurs cellules agissent comme des portes logiques, prenant les données du monde extérieur, les traitant et réagissant par certains processus métaboliques.
« Le corps humain lui-même est un gros ordinateur « , explique Martin Fussenegger, chercheur principal de l’étude. « Son métabolisme s’est appuyé sur la puissance de calcul de milliards de cellules depuis des temps immémoriaux. Et contrairement à un supercalculateur technique, ce gros ordinateur n’a besoin que d’une tranche de pain pour l’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’introduire des processeurs dual-core dans des cellules humaines en modifiant d’abord l’outil d’édition de gènes CRISPR. Normalement, ce système utilise des séquences d’ARN (2) guide pour cibler des segments d’ADN spécifiques dans le génome, puis effectuer des vérifications précises. Pour ce projet, l’équipe a toutefois créé une version spéciale de l’enzyme Cas9 qui peut servir de processeur.
Ce Cas9 spécial lit plutôt l’ARN guide en tant qu’entrée et exprime en réponse des gènes particuliers. Cela crée à son tour certaines protéines en sortie. Ces processeurs agissent comme des demi-additionneurs numériques – essentiellement, 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 insérer deux cœurs de processeur dans une seule cellule.
À long terme, ces ordinateurs cellulaires à double cœur pourraient être empilés par milliards pour en faire de puissants bio-ordinateurs destinés au diagnostic et au traitement des maladies. Par exemple, l’équipe dit qu’elle pourrait chercher des biomarqueurs et réagir en créant différentes molécules thérapeutiques, selon que l’un, l’autre ou les deux biomarqueurs sont présents.
« Imaginez un microtissu avec des milliards de cellules, chacune équipée de son propre processeur dual-core, » explique Martin Fussenegger. De tels « organes de calcul » pourraient théoriquement atteindre une puissance de calcul qui dépasse de loin celle d’un supercalculateur numérique – et n’utilisant qu’une fraction de l’énergie. »
- En génétique, les Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, plus fréquemment désignées sous le nom de CRISPR, sont des familles de séquences répétées dans l’ADN.
- L’acide ribonucléique est une molécule biologique présente chez pratiquement tous les êtres vivants, et aussi chez certains virus. L’ARN est très proche chimiquement de l’ADN et il est d’ailleurs en général synthétisé dans les cellules à partir d’une matrice d’ADN dont il est une copie
