Que font le cylindre d’un moteur à combustion interne et la créature de quatre millimètres de long, Spirostomum ambigu, avoir en commun?
Étonnamment, un peu. Les deux sont de forme similaire. Les deux rétrécissent à une fraction de leur taille en un instant. Et les deux libèrent à peu près la même quantité de puissance par centimètre cube de volume. Mais pour tout ce que nous savons sur le moteur, nous en savons relativement peu sur l’organisme vivant.
Saad Bhamla, professeur à la School of Chemical and Biomolecular Engineering de Georgia Tech, a récemment reçu un prix de chercheur exceptionnel du National Institute of General Medical Sciences, qui fait partie des National Institutes of Health, pour continuer ses études. Spirostomum et tenter de construire des machines basées sur des principes similaires. La subvention fournira à son groupe de recherche un financement de 1,98 million de dollars sur cinq ans.
Saad Bhamla repositionne une lame pour un microscope. Crédit image: Georgia Tech
Pour Bhamla, la comparaison entre l’organisme et le moteur est plus qu’une simple analogie. Il travaille maintenant à construire quelque chose qui s’apparente directement à un micromoteur, avec des pistons et des cylindres fabriqués à partir de cellules synthétiques similaires à Spirostomum.
« C’est essentiellement l’étoffe de mes rêves », a déclaré Bhamla.
Une fois construits, il pense que ces moteurs moléculaires pourraient s’avérer bien plus efficaces que d’autres sources d’énergie miniaturisées. La principale difficulté sera de fabriquer une cellule synthétique qui fonctionne comme Spirostomum, dit Bhamla. Aujourd’hui, la plupart des cellules synthétiques font des choses très différentes, comme produire de la viande cultivée en laboratoire.
« Nous les considérons toujours comme des sacs de liquide », a déclaré Bhamla. « Ils ne bougent pas, ils traînent juste dans des tubes à essai. »
Au cours des dernières années, Bhamla et ses collègues en ont appris davantage sur la façon dont Spirostomum travaux. Ses capacités proviennent de son utilisation d’un carburant non conventionnel, le calcium, plutôt que l’adénosine triphosphate (ATP), la molécule qui alimente la plupart des cellules humaines.
Dans un préimpression à partir de 2019, Bhamla et Xinjing Xu, alors étudiant de premier cycle à Georgia Tech, ont compris exactement ce qui fait que l’organisme se contracte. Ils ont découvert que lorsque le calcium se lie à Spirostomum maillage squelettique, il force chaque cellule du squelette à s’enrouler étroitement.
L’un des doctorants actuels de Bhamla, Xiangting Lei, examine déjà comment reproduire ce mécanisme dans une cellule synthétique. Elle étudie comment donner à la cellule des déclencheurs externes afin que les ingénieurs puissent la faire se contracter quand ils le souhaitent. Bhamla prévoit d’utiliser les fonds de la subvention pour embaucher plusieurs autres étudiants diplômés pour étudier ces systèmes.
L’objectif est de créer des versions modernes de ce qui était historiquement connu sous le nom de machines mécanochimiques. Une riche littérature sur ces machines à propulsion chimique avait été créée dans les années soixante, pour être oubliée, a déclaré Bhamla. Cela semblait être un cas classique de la science en avance sur elle-même.
« Ils n’avaient pas les bons outils optiques et les matériaux souples pour le faire », a déclaré Bhamla. « C’est le moment idéal pour revoir [the research] parce que je pense que cette fois, nous pourrions avoir beaucoup plus de succès.
La source: Géorgie Tech
