Biofutur, le mensuel européen des biotechnologies

Sniffer : le biocapteur policier

Agnès Vernet — 2014-08-04T03:00:00Z

Voilà un biocapteur très attendu par les douaniers : il détecte la drogue ainsi que les explosifs et autres composés dangereux aussi bien que les chiens renifleurs.

Le nez des chiens policiers est un outil indispensable aux forces de l'ordre. Mais l'embrigadement d'animaux a des inconvénients : ces derniers peuvent fatiguer, être mal perçus par le public et, d'un point de vue comptable, leur coût limite leur présence dans les lieux à risques (gares, aéroports, lieux très fréquentés). Le développement de biocapteurs pour mimer les capacités de détection exceptionnelles des chiens renifleurs permettrait d'étendre la recherche de composés dangereux (explosifs, drogues, gaz militaires) et d'améliorer la sécurité des espaces publics.
Depuis 2012, des chercheurs du CEA participent ainsi au projet européen Sniffer pour répondre à ce besoin. Ils développent des détecteurs d'odeurs combinant des diamants polycristallins et des récepteurs solubles de l'olfaction (OBP, odorant binding proteins). Créés par un réacteur à plasma, les diamants forment des microleviers sur lesquels les OBP sont déposées de manière homogène. L'interaction des protéines avec leurs molécules cibles provoque un mouvement du levier qui est détecté.
Pour le CEA, une des principales difficultés du programme consiste à accrocher les protéines par la même extrémité et à densité constante, de manière homogène et reproductible sur le diamant. Ils ont ainsi démontré que l'association d'une histidine des OBP avec un ion nickel – qui permet alors la greffe – facilite leur dépôt et leur orientation sur le diamant, ce qui garantit une sensibilité uniforme d'un biocapteur à l'autre.,
L'autre clé de la sensibilité du processus repose sur les spécificités des protéines. Cette partie du projet est sous la responsabilité d'une équipe de l'Université de Manchester, au Royaume-Uni, dont les chercheurs explorent le large panel d'OBP naturelles : les insectes les expriment sur leurs antennes et les mammifères dans leurs muqueuses nasales. Il s'agit d'identifier les variants les plus sensibles à telle drogue ou à tel explosif. Pour optimiser la détection, les scientifiques explorent aussi les possibilités offertes par la mutagenèse dirigée.
L'idée étant d'associer plusieurs capteurs afin de réduire le risque de faux négatifs et d'offrir la possibilité de détecter plusieurs substances en même temps. L'appareil qui émergera de ces recherches sera portatif afin de faciliter l'analyse des sacs ou des petits contenants. Un premier prototype sera prochainement évalué dans un grand aéroport européen.

Source : Les têtes chercheuses

Manai R et al. (2014) Biosens Bioelectron 60, 311-7

Des missiles à énergie bactériologique

Agnès Vernet — 2014-03-31T05:56:51Z

Dans le monde militaire, les bactéries ne se cantonnent pas au rôle d'agents toxiques, elles s'imposent aussi comme moteur des futurs carburants d'aviation tactique.

Il faudra sans doute attendre de nombreuses années pour que les carburants biosynthétiques ne soient disponibles à la pompe de nos stations services. Les méthodes biotechnologiques de production auront, en effet, du mal à concurrencer les énergies fossiles sur le plan économique. En revanche, les carburants pour missiles – dont les prix moyens s'approchent des 100 $ le litre – semblent des objectifs plus raisonnables et de nombreuses équipes travaillent sur la conception de biocarburants d'aviation tactique. Le monde de l'aéronavale doit donc accepter l'arrivée des micro-organismes dans le secteur. Pour cela, une équipe du Georgia Institute of Technology à Atlanta a développé des bactéries Escherichia coli capables de produire un hydrocarbure, dont le potentiel calorifique est comparable à ceux utilisés pour les carburants à haute densité énergétique, à partir de sucres simples (1).
Les pinènes sont des hydrocarbures naturels produits par des plantes. Sous forme de dimères de β-pinène, leur potentiel énergétique est comparable aux carburants utilisés pour la propulsion des missiles (2).
Les bactéries ont été transformées afin d'exprimer deux enzymes issues du monde végétale : la pinène synthase (PS) et la géranyl diphosphate synthase (GPPS), qui suffisent pour transformer un sucre basique en hydrocarbure. L'évaluation de plusieurs associations d'enzymes a permis d'identifier le couple allélique le plus performant et de produire 28 mg/L du précieux polymère. En créant une protéine de fusion GPPS-PS – ce qui, en rapprochant spatialement les deux réactions, limite l'inhibition par le produit intermédiaire, le géranyl diphosphate, qui est immédiatement happé par la PS –, le rendement de la voie métabolique a encore été amélioré jusqu'à des concentrations de 32 mg/L.
Objectivement, nous sommes encore loin des rendements nécessaires à une production industrielle de biocarburants d'aviation – il faudrait s'approcher des 800 mg/L – mais compte tenu du potentiel de la biotechnologie et de la biologie de synthèse, ces recherches d'alternatives aux énergies fossiles pour l'aéronautique tactique sont parfaitement réalistes.

(1) Sarria S. et al. (2014) ACS Synth Biol, doi:10.1021/sb4001382
(2) Harvey BG et al. (2010) Energy Fuels 24, 267-73

Pamela Peralta-Yahya et Stephen Sarria surveillent leurs bactéries à biocarburant.
© Georgia Tech Photo/Rob Felt

Le brocoli, arme antiradioactivité

Olivier Frégaville-Arcas — 2013-11-05T04:00:00Z

Une molécule produite lors de la digestion des crucifères pourrait protégerait de la radioactivité.

Les choux seraient-ils des aliments miracles ? C'est ce que l'on pourrait croire au vu de l'abondance d'études montrant leurs bienfaits pour la santé. Si on connaissait déjà les vertus anticancer et antiarthrose des brocolis, Eliot Rosen et ses collaborateurs de l'Université Georgetown, à Washington, viennent de démontrer que les crucifères seraient aussi efficaces pour protéger l'organisme contre un risque de radioactivité, en étudiant l'impact d'une irradiation sur des souris exposées à une dose de radioactivité mortelle pour l'homme.

Lire la suite sur Information Hospitalière

Fan S et al. (2013) Proc Natl Acad Sci USA,
doi:10.1073/pnas.1308206110

Un robot serpent pour équiper l'armée américaine

Safi Douhi — 2013-06-06T09:16:00Z

Des ingénieurs de l'Université Carnegie Mellon, aux États-Unis, ont créé un robot qui s'enroule autour des obstacles qu'il rencontre.

Après le minuscule mais véloce robot cafard et plusieurs autres prototypes de robots bio-inspirés destinés à l'observation en terrain accidenté ou en zone dangereuse, l'armée américaine pourrait se doter d'un robot serpent capable de s'enrouler autour de l'obstacle sur lequel il est lancé, grâce aux accéléromètres et aux gyroscopes qu'il renferme. Peut-être équipera-t-il aussi bientôt les alpinistes !

Pour en savoir plus : le site du Biorobotics Laboratory de l'Université Carnegie Mellon

Photo et vidéos
© Biorobotics Laboratory, Carnegie Mellon University

Record de vitesse pour un robot cafard

Safi Douhi — 2013-03-06T04:00:00Z

Des chercheurs californiens ont créé le robot le plus rapide du monde... inspiré d'un cafard.

Duncan Haldane et ses collaborateurs du laboratoire de biomimétique de l'Université de Californie à Berkeley ont mis au point un robot qui se déplace comme un cafard grâce à ses pattes agissant comme de véritables petits ressorts, à l'image de celles de son modèle. Long de 10 cm et pesant 30 g, VelociRoACH atteint ainsi une vitesse de près de 10 km/h ! Et sa capacité à se déplacer sur des terrains accidentés en font un bon candidat pour rechercher des survivants en cas de catastrophes naturelles ou de conflits.

De nouvelles pistes dans la lutte contre l'anthrax

Agnès Vernet — 2012-08-22T14:02:33Z

Les traitements contre la maladie du charbon existent mais seraient impuissantes en cas de résistance aux antibiotiques. L'analyse du génome complet du pathogène propose des alternatives.

À cause la volatilité de son pathogène, la maladie du charbon (anthrax en anglais) est considérée comme une menace sérieuse par les responsables de la lutte contre le bioterrorisme. En effet, Bacillus anthracis s'attaque à l'organisme par diffusion de ses spores sous forme de poudre brune. Les infections liées à cette bactérie sont généralement bien endiguées par les antibiotiques, mais là aussi des résistances apparaissent.
Une équipe du département de biotechnologie de l'université d'Acharya Nagarjuna à Andhra Pradesh, en Inde, est donc partie à la recherche de cibles spécifiques pour bloquer B. anthracis. Ravi Gutlapalli et ses collaborateurs ont ainsi réalisé une analyse du génome complet de la bactérie. Ils ont identifié 270 gènes non redondants, sans homologues humains, parmi lesquels 103 sont essentiels pour la survie du pathogène. Les analyses de fonction prédictives, via la comparaison avec des banques de séquences protéiques, leur ont suggéré que, parmi ces gènes essentiels, il y avait 16 ponts membranaires, 3 protéines d'adhérence (« adhesion-like ») et 7 peptidases. Chacun de ces gènes peut s'avérer une cible thérapeutique pertinente pour développer de nouveaux traitements de la maladie du charbon. Mais pour l'équipe de Ravi Gutlapalli, il faut, dans un premier temps, créer un modèle acceptable pour réaliser un criblage à grande échelle des molécules candidates.

Gutlapalli RV et al. (2012) Int J Comput Biol Drug Des 5, 164-79

Le drone et l'oiseau

Safi Douhi — 2012-02-24T13:59:00Z

Pour imaginer de nouveaux drones, deux chercheurs se sont intéressés au vol de l'autour, un rapace qui se déplace à grande vitesse dans les forêts denses.

À voir progresser l'autour des palombes (Accipiter gentilis) (voir la vidéo), il y a de quoi être impressionné tant le rapace se déplace avec une étonnante habileté au milieu des enchevêtrements de troncs et de branches des forêts de l'hémisphère Nord. De quoi susciter l'intérêt des concepteurs de drones, ces petits engins volants sans pilote utilisés par l'armée et la police pour des missions de surveillance.
Deux chercheurs du MIT, Sertac Karaman et Emilio Frazzoli, ont décrypté le vol du rapace afin de le modéliser et appliquer leurs résultats à de futurs robots volants. D'après leurs résultats, l'autour est bien trop rapide pour pouvoir s'arrêter s'il rencontre un obstacle mais sa vitesse maximale lui laisse cependant le temps d'analyser sa trajectoire et de changer de cap. Au-delà de cette vitesse, il se crashe inéluctablement.
La mise au point de drones capables de la même réactivité que l'autour permettrait notamment d'aider à la cartographie de zones inatteignables ou très encombrées, suite à une contamination nucléaire ou une catastrophe naturelle par exemple.