Dans le domaine de la biologie synthétique, les systèmes biologiques sont conçus pour détecter les entrées et répondre de manière programmée, un processus appelé calcul biologique. Le calcul biologique traditionnelle est confrontée à des limites en raison de la charge de ressources sur les cellules individuelles modifiées, ce qui limite la quantité d’ADN étranger qu’elles peuvent exprimer simultanément. Une solution récente, le calcul biologique distribuée, consiste à utiliser une communauté de cellules pour diviser de grandes tâches de calcul. Cependant, cette approche introduit un défi de communication, car les cellules de la communauté manquent de signaux moléculaires uniques (orthogonaux) suffisants pour la coordination.
Pour résoudre ce problème, nous avons développé un nouveau système de communication pour les cellules d’Escherichia coli qui utilise des bactériophages modifiés codant des gènes d’ARN guide. Ces virus bactériens transfèrent des messages ADN entre les cellules bactériennes dans un processus appelé « CRISPRi intercellulaire » (i-CRISPRi). Notre approche combine le transfert d’ADN médié par les phages avec l’interférence CRISPR (CRISPRi), une méthode de contrôle de l’expression des gènes. En utilisant des messages ADN programmables, le système peut générer divers signaux avec des instructions spécifiques, permettant une bande passante élevée et une communication rapide entre les cellules.
Nous avons démontré la capacité d’i-CRISPRi en construisant huit signaux d’ADN uniques et en créant des consortiums bactériens qui exécutent des portes logiques numériques intercellulaires, telles que NOT, YES, AND et AND-AND-NOT. Ces consortiums impliquaient jusqu’à sept cellules bactériennes distinctes, montrant comment le calcul distribué peut être déployé pour des tâches de calcul biologique complexes. Les principales conclusions ont mis en évidence que l’efficacité de la communication dépendait des phases de croissance des bactéries expéditrices et réceptrices, et de la concurrence entre elles en matière de ressources.
Cette méthode innovante améliore non seulement la capacité des communautés bactériennes à effectuer des calculs complexes, mais établit également les bases de la construction de circuits biologiques plus grands et plus complexes. Ces circuits ressemblent à des réseaux informatiques interconnectés, offrant de nouvelles possibilités en calcul biologique.
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Liens:
- Lien vers l’article publié dans Nucleic Acids Research
- Lien Scoop.it Life Science Université Paris-Saclay
