3 moyens étranges que nous pouvons contrôler à distance les animaux et les bactéries
Un coup d'électricité peut faire nager E. coli
Une légère impulsion de l'électricité peut faire marquer les bactéries (ou plutôt, nager) à la mélodie des scientifiques. Des chercheurs ont rapporté mardi dans Nature Communications que l'électricité peut transformer ou libérer certains gènes dans des cellules d' Escherichia coli , ce qui fait que les microbes agitent leurs flagelles ou relèvent des informations vers leurs voisins à la commande.
Brouter avec ces bactéries sans méfiance est la première étape pour faire de nouveaux biosensors et d'autres dispositifs qui mélangent les cellules vivantes avec des matériaux fabriqués par l'homme. Mais ce n'est pas la seule façon dont les bactéries ou les créatures plus grandes peuvent être contrôlées à distance. Les scientifiques utilisent déjà de la lumière et des aimants pour commander des microbes et des animaux, et se concentrent sur les cellules humaines. Ces techniques de contrôle à distance nous aideront à connaître notre corps et à traiter des affections telles que la cécité, le diabète et la maladie de Parkinson. Voici comment cela fonctionne:
Électricité
La nouvelle étude indique que l'électricité est une façon rapide et précise d'obtenir une augmentation des cellules. Les chercheurs ont zappé des cellules E. coli avec un courant électrique faible et leur ont fourni une protéine appelée pyocyanine. La pyocyanine a récupéré une charge positive du courant et l'a utilisé pour réveiller les machines à l'intérieur des cellules responsables de l'activation et de l'activation de certains gènes. En ingénierie des cellules de E. coli pour avoir des gènes utiles près de cette machine, l'équipe pourrait allumer des instructions d'ADN qui ne seraient normalement pas sensibles à la charge. Ils ont ordonné aux bactéries de nager et de sécréter des molécules de messages qu'elles ont transmises à d'autres cellules.
Dans ce cas, les cellules ont été conçues pour s'allumer lorsqu'elles ont reçu le signal. Mais l'électricité pourrait également guider le comportement des cellules qui n'ont pas été manipulées. "Ce [signal] est interprété par d'autres cellules qui ne sont absolument pas affectées par l'expression de ces expressions génétiques", explique le co-auteur William Bentley, un bio-ingénieur de l'Université du Maryland à College Park. "Vous pouvez activer n'importe quel gène dans les cellules qui sont conçues pour répondre à l'électrode, puis, en modifiant le processus de signalisation, vous pouvez activer des gènes qui répondent normalement à cette molécule de signal".
Les scientifiques utilisent déjà de l'électricité à travers notre corps avec des outils tels que la stimulation cérébrale profonde, la stimulation du courant continu transcrânien et les stimulateurs cardiaques. Mais la nouvelle méthode pourrait permettre aux scientifiques de cibler des processus qui ne répondraient pas normalement à l'électricité.
Et à l'avenir, l'électricité pourrait commander des cellules pour produire des hormones ou d'autres petites molécules. Les bactéries ont déjà été programmées pour fabriquer des médicaments pendant des décennies. "L'insuline prise par ... les patients diabétiques est en fait faite dans les mêmes bactéries que nous avons conçu", dit Bentley. "Nous pourrions envisager de mettre ces cellules bactériennes, des usines vivantes qui fabriquent de l'insuline et tout autre composé bénéfique, dans un petit appareil microélectronique capsulaire que nous engloutissions." Une capsule ou un implant pourrait détecter des problèmes - comme le fait de maltraiter de la glycémie ou des agents pathogènes - et ensuite Amener les cellules manipulées à pomper l'insuline, les antibiotiques ou d'autres médicaments.
Lumière
Les scientifiques ont une étouffée pour remercier un outil puissant appelé optogénétique qui utilise des éclairs de lumière pour contrôler l'activité cérébrale.
Fondamentalement, les algues vertes utilisent des protéines sensibles à la lumière pour se guider vers le soleil. Les scientifiques se sont rendus compte qu'ils pouvaient engendrer des neurones génétiquement pour transporter des protéines similaires. Les cellules du cerveau peuvent ensuite être activées ou désactivées avec un éclat de lumière provenant des lasers ou des LED.
Cette astuce a été utilisée pour déclencher l'instinct de chasse chez la souris ou pour cue les rongeurs pour faire bouillir un milk-shake plus rapidement. La technique peut même semer de faux souvenirs et brouiller les vrais.
La technique pourrait aider à construire de meilleurs robots si les squishiers. Un «biobot» imprimé en 3D est bordé de cellules musculaires cultivées en laboratoire conçues pour se contracter lorsqu'elles sont exposées à la lumière, ce qui lui permet de «marcher» .
L'optogenèse nous donne également des idées sur le cerveau qui pourrait conduire à de meilleurs traitements pour la maladie de Parkinson, le SSPT , la toxicomanie ou la maladie d'Alzheimer .
La technique est prometteuse de traiter certains troubles neurologiques, bien que les gènes des patients devront être ajustés pour répondre à la lumière. C'est aussi très envahissant; Les câbles à fibres optiques ou les implants qui peuvent envoyer de la lumière dans le cerveau doivent être mis en chirurgie. Les scientifiques travaillent sur des patchs et des périphériques sans fil pour contourner ce problème.
L'année dernière, l'opto-génétique a été utilisée pour la première fois chez une personne. Les chercheurs ont injecté un virus chargé d'ADN qui code les protéines sensibles à la lumière dans les yeux d'une femme.
La femme a un type de cécité appelée rétinite pigmentaire, dans laquelle les photorécepteurs de l'œil meurent lentement. Espérons que le nouvel ADN permettra à d'autres cellules non endommagées de la rétine de réagir à la lumière plutôt qu'à rétablir une vue.
L'essai clinique impliquera en fin de compte 15 participants. Si cela se passe bien, il pourrait encourager d'autres chercheurs à donner des thérapies opto-génétiques.
Magnétisme
Pour un autre instrument, les cellules nerveuses disparaissent, les scientifiques appellent Magneto. La protéine magnétisée, c'est-à-dire.
Les chercheurs de l'Université de Virginie voulaient un interrupteur de cellules nerveuses moins invasif que l'opto-génétique et plus rapide que les médicaments. Ils ont conçu Magneto en fusionnant deux pièces de machines cellulaires ensemble. L'une, une protéine de stockage du fer appelée ferritine, a rendu Magneto sensible aux champs magnétiques. L'autre, appelé TRPV4, peut être activé en étirant des forces - comme le couple magnétique - pour que les cellules nerveuses disparaissent.
Les chercheurs ont injecté un virus Magneto dans des souris et des larves de poissons zèbres.Magneto a activé les neurones dans les poissons pour les faire se courber lorsqu'ils sont placés dans un aquarium magnétisé. Chez les souris, Magneto était dirigé vers une partie du cerveau impliquée dans la récompense. Ces rongeurs ont découvert qu'ils aimaient sortir dans les zones magnétisées d'une cage, où Magneto pourrait inciter leurs neurones à libérer de la dopamine.
Magneto peut aider les scientifiques à se séparer de la façon dont les circuits neuronaux spécifiques régissent le comportement, a déclaré le co-auteur Ali Güler dans un courriel. "Nous testons si nous pouvons inhiber les convulsions chez [les animaux] en ce moment", a-t-il déclaré.
Magneto est le dispositif le plus récent pour contrôler les cellules nerveuses à l'aide de champs magnétiques, mais ce n'est pas le seul . Auparavant, les scientifiques utilisaient le magnétisme pour que les souris diabétiques libèrent de l'insuline, abaissant leur glycémie. La technique de contrôle à distance pourrait aider les gens à contrôler les maladies chroniques telles que le diabète et la maladie de Parkinson.
"Il pourrait y avoir des applications cliniques dans le temps", explique le co-auteur Jeffrey Friedman, biologiste à l'Université Rockefeller de New York. Pour tirer parti de techniques telles que celle-ci et l'opto-génétique, les scientifiques découvrent toujours comment délivrer de manière sûre l'ADN étranger pour coder des protéines utiles chez les personnes. "Je pense que c'est un moyen de sortir, mais ce n'est certainement pas en dehors du domaine des possibilités".