Des scientifiques ont réussi à fabriquer des protéines de fibres musculaires « naturelles » grâce à des bactéries modifiées. Résultat : une fibre ultra résistante et élastique qui pourrait servir à tisser des vêtements de protection ou de sport, ou encore être utilisée comme fils de suture.
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Il existe aujourd'hui des vêtements en coton, en soie, en fibres synthétiques ou même en algues ou en champignonschampignons. Mais des chercheurs de la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington, à Saint Louis, ont eu une nouvelle idée : des vêtements en fibres musculairesfibres musculaires ! Des fibres biodégradablesbiodégradables et plus solides que le Kevlar, qui pourraient aussi servir comme lacets pour nouer nos chaussures ou comme ceinture.
Muscles artificiels
Cela fait longtemps que les scientifiques essayent de fabriquer des muscles artificiels en laboratoire, pour actionner des robotsrobots mous, pour des prothèsesprothèses ou remplacer des tissus lésés. La plupart des expériences visent à trouver des matériaux aux propriétés similaires à celles de muscles humains, à base de polymères élastiques, de nanotubes de carbone, d'alliages à mémoire de formemémoire de forme, ou même de fils de nylon. Malheureusement, ces matériaux présentent tous des inconvénients : coût prohibitif, usure prématurée ou mauvaise élasticité, moindre capacité à reprendre sa forme initiale.
Le saviez-vous ?
Le tissu musculaire est composé de fibres musculaires elles-mêmes organisées en faisceaux. Les fibres musculaires sont remplies de myofibrilles protéiques qui s'étendent sur toute la longueur de la cellule, et constituées d’unités contractiles appelés sarcomères. Ces sarcomères sont composés principalement de trois protéines : l'actine, la myosine et la titine.
Alors pourquoi ne pas s'inspirer de la biologie qui produit des muscles depuis des millions d'années ? « La nature est capable de produire de nombreux matériaux biodégradables à haute performance et pour un faible coût énergétique », témoigne Christopher Bowen, principal auteur de l'article paru dans Nature Communications. Pas question ici de tuer un quelconque animal pour récupérer ses muscles : l'équipe a développé un procédé chimique pour polymériser les protéinesprotéines à l'intérieur des microbesmicrobes artificiels.
Des microbes génétiquement modifiés pour produire des protéines de très grande taille
Les bactériesbactéries sont en effet capables de produire un grand nombre de molécules (protéines, médicaments, ou même vanillinevanilline). Mais ces molécules sont généralement de petite taille. Or, les fibres musculaires sont formées de longues protéines (lire encadré) dont la titine. Avec un poids moléculaire de 3.000 kDa, cette dernière est la plus grosse protéine naturelle connue ! Pour contourner ce problème, l'équipe a conçu des bactéries chimériqueschimériques capables de reconstituer de petits segments de protéine en polymèrepolymère de poids moléculaire d'environ deux mégadaltons, ce qui représente déjà 50 fois la taille d'une protéine bactérienne moyenne. Ils ont ensuite utilisé un procédé de filature humide pour convertir les protéines en fibres de titine d'environ dix micromètresmicromètres de diamètre, soit un dixième de l'épaisseur d'un cheveu humain.
“La titine artificielle offre une combinaison unique de ténacité, de résistance et de capacité d'amortissement”
Une fibre aux propriétés mécaniques exceptionnelles
Résultat : une fibre, dont les propriétés mécaniques sont exceptionnelles, « largement supérieures à celles des matériaux synthétiques et naturels et [à] tous les matériaux microbiens jusqu'ici développés », attestent les chercheurs dans leur étude. « La titine artificielle offre une combinaison unique de ténacitéténacité, de résistancerésistance et de capacité d'amortissement, ainsi qu'une excellente capacité à dissiper l'énergieénergie mécanique sous forme de chaleurchaleur », poursuit Christopher Bowen. De plus, sa production est bon marché et évolutive. Selon les calculs des chercheurs, un litre de culture peut produire 250 mètres de fibre. Le procédé est également évolutif : il est possible d'obtenir des vêtements plus ou moins doux ou épais.
Vêtements ou fils de suture
Outre les vêtements fantaisie ou de protection (le matériaumatériau étant ultra résistant), ce muscle artificiel pourrait également être utilisé pour des applicationsapplications médicales du fait de sa biocompatibilité. Il pourrait, par exemple, servir pour des fils de suture ou pour réparer des blessures. « L'intérêt de notre méthode de fabrication est qu'elle peut s'appliquer à n'importe quel matériau », assure Cameron Sargent, coauteur de l'article. Les chercheurs espèrent ainsi créer de longues protéines artificielles aux propriétés inédites, plus solides et plus durables que les polymères à base de pétrolepétrole.
