Pascal Hersen, vers la conception de systèmes génétiques hybrides vivant-machine
Publié le : 17/03/17
Directeur de recherche au laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Pascal Hersen est lauréat en 2016 d’une bourse ERC Consolidator Grant. Avec son équipe, il s'intéresse à la capacité de traitement de l'information des systèmes vivants, avec pour objectif de créer des systèmes synthétiques hybrides entre machine et vivant.
 
 
À l’interface de l’ingénierie, de la biologie et de la physique, le projet SmartCells, mené au laboratoire Matière et Systèmes Complexes et encouragé par une bourse ERC Consolidator Grant, entend exploiter la complexité du vivant pour développer des cellules intelligentes et élaborer des systèmes synthétiques hybrides entre machine et vivant. 
 
Les cellules sont des machines génétiques complexes et autonomes. La biologie synthétique, à l'interface entre la biologie et l'ingénierie, s'appuie sur la grande diversité de comportement du vivant pour concevoir des programmes génétiques synthétiques particulièrement utiles pour les applications biotechnologiques. Dans un futur proche, des bactéries spécialement reprogrammée pourraient ainsi produire et détecter des molécules in situ, avec des retombées médicales importantes. Pour des raisons de sécurité et d'efficacité, il est ainsi nécessaire de pouvoir créer des circuits synthétiques fiables, sur une large gamme de conditions de fonctionnement, et stables, vis à vis des perturbations environnementales. Le défi est majeur,  la robustesse de tout circuit étant limitée par sa forte dépendance vis-à-vis de la machinerie cellulaire hôte et par la nature fondamentalement stochastique de l'expression des gènes. 
 
S'inspirant de la physique et de l'ingénierie, le projet SmartCells vise à développer des cellules intelligentes, dotées de comportement robustes, en les interfaçant avec un ordinateur. Il s'agit en pratique d'implémenter une boucle de rétroaction informatisée pouvant contrôler à distance, et en temps réel, l'état d'un programme génétique en cours d'exécution grâce à l'optogénétique (domaine de recherche et d’application associant l’otpique à la génétique). Un tel contrôle permettra de fiabiliser considérablement le fonctionnement de circuits synthétiques. Le projet étudiera de telles interfaces cellule-machine avec des niveaux croissants de complexité, depuis un simple circuit, jusqu'à des écosystèmes multicellulaires. En combinant les outils et les concepts de physique, d'ingénierie, de théorie du contrôle et de biologie synthétique, le projet SmartCells espère établir les fondations de ce nouveau champ de recherche et concevoir des systèmes génétiques hybrides vivant-machine.
 
 
(c) MSC

Illustration montrant des cellules de levures dont le niveau de fluorescence est piloté en temps réel par une boucle de rétroaction. Un ordinateur observe la fluorescence de chaque cellule et décide en temps réel comment modifier l'environnement des cellules pour induire ou réprimer l'expression d'un gène codant pour une protéine fluorescente