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Une bactériebactérie Escherichia coliEscherichia coli (E. coli) modifiée pourrait un jour devenir le cerveaucerveau d'un robot et le commander. C'est ce qu'a démontré une équipe du Virginia Tech dans une étude qui vient de paraître dans la revue Scientific Reports. À partir de plusieurs modèles mathématiques, le professeur Warren Ruder et ses collaborateurs ont prouvé qu'il est possible d'implanterimplanter un microbiomemicrobiome dans un corps hôte non vivant et de s'en servir pour le contrôler. Ce projet s'appuie sur les travaux menés précédemment ayant démontré l'impact des bactéries sur le comportement d'accouplementaccouplement de la mouche des fruits ainsi que sur des souris qui présentaient des signes de stressstress moins élevés après avoir reçu des probiotiquesprobiotiques.
Pour élaborer leurs modèles mathématiques, les scientifiques du Virginia Tech ont mesuré les niveaux d'expression génétiquegénétique afin de pouvoir simuler les comportements de la bactérie E. coli sous forme d'équationséquations. Ces équations ont ensuite été associées à des modèles de comportements robotiques pour créer une simulation montrant comment un robot doté d'un cerveau bactérien pouvait se déplacer. L'expérience était basée sur une configuration virtuelle dans laquelle un robot équipé de capteurscapteurs et d'un microscope miniature peut lire l'expression génétique de la bactérie qui se manifeste par une modification de couleurcouleur. Le changement de teinte et d'intensité du pigment détermine la direction et la vitessevitesse du robot.
Une expérience assez similaire a été menée il y a déjà plusieurs années de cela. À l'époque, une moisissure (Physarum polycephalum) avait été utilisée pour commander les mouvementsmouvements d'un robot à six pattes. Mais l'équipe du Virginia Tech est allée plus loin encore... Les chercheurs se sont aperçus qu'en augmentant la complexité du programme biochimique du microbiome, le comportement du robot évoluait en conséquence vers des actions plus élaborées. Par exemple, en permettant au robot de communiquer avec la bactérie, les cellules se sont mises à réagir à l'approche d'une source d'alimentation en marquant une pause puis en accélérant. Un comportement prédateur typique de certains animaux.
Grâce à leurs modèles mathématiques, les chercheurs du Virginia Tech ont pu simuler le comportement d’un robot contrôlé par un « cerveau bactérien ». Ils ont notamment découvert qu’ils pouvaient jouer sur la programmation biochimique de la bactérie pour obtenir des réactions plus élaborées de la part du robot. © Virginia Tech
Prochaine étape : la fabrication d’un bioréacteur
La prochaine étape est de passer de la simulation à la pratique en concevant un bioréacteur puis de l'installer dans un robot équipé d'un microscope à fluorescence qui lira les niveaux d'expression génétique de ces bactéries et agira en conséquence. Le Virginia Tech envisage diverses applicationsapplications concrètes qui toucheraient l'agricultureagriculture, la santé et la robotique. Par exemple, un robot doté d'un « cerveau bactérien » pourrait servir à étudier la relation entre le bétail et les bactéries du sol. « Dans le domaine de la santé, une meilleure compréhension du rôle des bactéries dans le contrôle de la physiologie des intestins pourrait conduire à des traitements à base de bactéries pour soigner des maladies mentales et physiquesphysiques », peut-on lire dans le communiqué de presse de l'université.
Il est également question de drones qui pourraient lutter contre les pollutions par hydrocarbureshydrocarbures en libérant des bactéries. Les chercheurs espèrent également que leur modèle mathématique puisse contribuer à démocratiser la biologie de synthèse pour les étudiants et les scientifiques. « À l'avenir, des robots rudimentaires et l'E. coli, qui sont déjà couramment utilisés séparément dans des classes, pourraient être associés grâce à ce modèle afin d'enseigner les relations des bactéries avec d'autres organismes aux étudiants du niveau élémentaire jusqu'au doctorat », conclut le professeur Ruder.
