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Le MIT invente un langage pour réécrire le vivant

organisme vivant programmable
Voici, encore une fois, une information susceptible simultanément de nous émerveiller devant les exploits du génie humain, et nous effrayer sur ses capacités à franchir toutes les limites. Des chercheurs du MIT viennent en effet de mettre au point un langage de programmation capable de modifier des organismes vivants. Cette découverte est une révolution car les scientifiques sont parvenus à coder du vivant de la même façon que l’on code un programme informatique.
 
Imaginez que l’on soit capable d’écrire quelques lignes de code, comme le font tous les informaticiens du monde. Puis de compiler ce code afin qu’il soit reconnu par un organisme vivant, par exemple une cellule ou une bactérie, et le lui injecter dans son ADN. Objectif : lui conférer de nouvelles fonctions ou orienter ses actions. Du rêve de science-fiction ? Non, une réalité mise au point par l’équipe du Professeur Christopher Voigt, biologiste et généticien du MIT et publiée dans la revue Science le 1er avril dernier (et ce n’est pas un poisson d’avril).
 

15 ans de préparation

 
Il a fallu quinze années de travail pour parvenir à mettre au point le langage de programmation. Il ressemble à tous les autres langages du monde et s’écrit avec du texte.  Il suffit donc d’un éditeur quelconque pour écrire des lignes de codes et créer des fonctions et des scripts. Ce langage a été construit à partir d’un langage très utilisé pour programmer des circuits logiques en électronique, le Verilog HDL. Il ressemble beaucoup au langage C que tous les développeurs du monde connaissent normalement par cœur.
Il « suffit » ensuite de compiler ce code pour l’intégrer dans de l’ADN.
 
Arrêtons-nous un instant sur ce point. Depuis quelques années déjà, les chercheurs parviennent à concevoir de nombreux composants génétiques comme des capteurs, des commutateurs de mémoire ou des horloges biologiques qui peuvent être combinés afin de modifier ou d’ajouter des fonctions aux cellules. Mais la conception de chaque circuit est extrêmement complexe et requiert une rare expertise. De plus, le processus se fait nécessairement par un grand nombre d’essais et d’erreurs ce qui entraîne des coûts et bon nombre d’échecs.
 
Chris Voigt, dans son laboratoire du MIT
 
 
C’est cette étape laborieuse que l’invention de Christopher Voigt est en mesure de littéralement révolutionner. En effet, le langage mis au point au MIT permet de programmer de nombreux circuits avec des fonctions différentes en peu de temps et avec un taux de réussite sans pareil. Il est ainsi possible de programmer des capteurs qui peuvent détecter des composants comme l’oxygène ou le glucose, mais aussi des conditions environnementales comme la température ou l’acidité. Le plus difficile, selon Christopher Voigt, a été de concevoir les « portes logiques » utilisées dans les circuits afin qu’ils n’interfèrent pas les uns avec les autres, une fois introduits dans l’environnement complexe de la cellule vivante.
 

Des circuits biologiques imprimés dans du vivant

 
Interrogé par la revue New Scientist, le chercheur explique que la technologie utilisée est, dans son principe, la même que celle qui est employée pour la conception d’une puce électronique : « Chaque étape du processus est la même - sauf qu'au lieu de cartographier un circuit sur du silicium on le fait sur de l'ADN ». Le système mis au point par les scientifiques du MIT, baptisé Cello, convertit des lignes de codes écrites avec Verilog en un schéma de câblage de l'ADN. Un brin d’ADN produisant une fonction spécifiée est ainsi généré puis inséré dans la cellule ou l’organisme vivant, par exemple une bactérie. Les équipes du MIT affirment avoir réussi à fabriqué le plus grand circuit biologique jamais construit, avec sept portes logiques et des brins d’ADN composés de 12.000 unités longues.
 
Chris Voigt l’affirme, c’est un nouveau langage de programmation pour les organismes vivants qui a été inventé.  Un langage qui semble donner l’accès à des manipulations d’une simplicité biblique : « Vous utilisez un langage basé sur le texte, tout comme vous la programmation d'un ordinateur. Ensuite, vous prenez ce texte et vous le compilez, et il se transforme en une séquence d'ADN que vous mettez dans la cellule, et le circuit fonctionne à l'intérieur de la cellule ». Simple, non ?
 

Un champ d’applications qui donne le vertige

 
Ce qui est plus inquiétant, c’est la suite des propos du chercheur confiés au quotidien britannique The Telegraph. Il affirme en effet que les utilisateurs du nouveau langage de programmation n’ont nul besoin de connaissances particulières en génie génétique ; « Vous pourriez être complètement béotien quant à la façon dont tout cela fonctionne ». Il poursuit, fanfaronnant à peine, en promettant une prochaine plateforme d’utilisation ouverte gratuitement sur Internet : « Vous pourriez être un étudiant à l'école secondaire et aller sur le serveur Web ; vous tapez sur le programme que vous voulez, et il crache une séquence d'ADN. » Aussi simple que bonjour : il suffit d’appuyer sur un bouton pour obtenir la séquence ADN désirée… Remplacez « étudiant à l’école secondaire » par hacker, pirate, fou furieux, terroriste ou tout autre terme du même acabit, et vous aurez sans doute quelques sueurs froides au creux du dos.
 
Mais, restons positif ; les scientifiques pensent en effet que c’est un champ gigantesque d’applications qui s’ouvre. Ainsi, par exemple, Voigt et ses collègues travaillent sur des bactéries qui vivent sur les racines des plantes. Ils essaient de leur donner des gènes qui piègent l’azote de l'atmosphère et le transforme en engrais comme le ferait une usine, mais au niveau biologique cette fois. De la même façon, pour éviter l’emploi de pesticides, ils estiment povoir modifier certaines bactéries afin qu’elles débarrassent les végétaux de leurs ravageurs. Voigt ajoute : « Nous sommes sur le point de voir les cellules manipulées afin de les transformer en usines aptes à remplir des applications thérapeutiques ». On pense à des médicaments ciblés pour lutter contre certains cancers.  Plus prosaïquement, Voigt ajoute que « des bactéries modifiées pourraient être ajoutées aux yaourts que nous consommons pour produire des substances favorisant la santé dans l’intestin ».  Il poursuit en imaginant que les compagnies pétrolières pourraient développer des bactéries intelligentes qui nettoient les déversements de pétrole, par exemple : « Vous pouvez charger un capteur qui répond au pétrole en activant une enzyme qui dégrade ce produit ».  Avec ce type d’outils, l’imagination n’a plus de limites.
 
Christina Agapakis de Ginkgo BioWorks pense que les principaux bénéficiaires seront les entreprises qui ne disposent pas nécessairement des compétences en biologie. « Comme le processus d'ingénierie des organismes devient plus facile, moins coûteux et plus fiables, plus de possibilités pour de nouvelles applications vont s’offrir dans différentes industries » dit - elle.
Pour Drew Endy, une référence en matière de biologie de synthèse à l’Université de Stanford, le travail qu’ont effectué ses collègues du MIT est une nouvelle démonstration de la façon dont la biologie synthétique va devenir monnaie courante. « Je pense, dit-il, que les programmeurs de la biologie deviendront plus banaux que les programmeurs des ordinateurs »  
 

Une puissance qui nous dépasse ?

 
Avec cette découverte du MIT, nous entrons de plain-pied dans une nouvelle aire de jeu. Le langage de programmation du Professeur Voigt est à rapprocher du CRIPPR que nous relatons régulièrement dans UP’.

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En effet, ces outils révolutionnaires sont en mesure de modifier non seulement le vivant mais aussi tout le processus de l’évolution qui a amené l’ensemble des organismes habitant cette planète à aujourd’hui.  Le domaine incertain de la chance ou du hasard est désormais contrôlable. Le temps long nécessaire aux organismes conduits par la marche naturelle de l’évolution se comprime désormais dans un temps court, le temps d’un clic informatique.  Ces inventions veulent dire aussi que nous avons désormais un mot à dire dans notre destin biologique, et que nous pouvons aussi contrôler les destinées des êtres vivants avec lesquels nous partageons la planète. Que de puissance confiée à une espèce qui a su tant de fois montrer ses vertigineuses défaillances !