Des ingénieurs américains ont fabriqué des cellules capables de réaliser des opérations mathématiques comme des additions, des soustractions, des calculs de racines carrées ou encore de logarithmes.

Des ingénieurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, États-Unis) ont transformé des cellules bactériennes en calculateurs, capables de réaliser des opérations mathématiques telles que des additions, des divisions, des soustractions, des calculs de racines carrées ou encore de logarithmes.
Cette performance a été publiée le 15 mai 2013 dans la revue nature, sous le titre « Synthetic analog computation in living cells »
Pour obtenir ce résultat, les ingénieurs Rahul Sarpeshkar et Timothy Lu ont utilisé le matériel génétique existant de ces cellules, qu’ils ont modifié de façon à créer les circuits de calcul dont ils avaient besoin.
L’un des principaux atouts du procédé utilisé par ces scientifiques est qu’ils se sont appuyés sur les caractéristiques biochimiques déjà présentes à l’état naturel dans ces cellules.
Concrètement, comment ces cellules bactériennes parviennent-elles à effectuer des opérations mathématiques ? Pour comprendre, prenons l’exemple de l’addition. Pour obtenir des cellules bactériennes capables d’additionner deux valeurs, les scientifiques du MIT ont utilisé deux circuits, chaque circuit étant activé par une molécule spécifique.
Dans le premier circuit de calcul créé par les chercheurs, un sucre appelé arabinose active un gène codant pour la protéine GFP, une protéine vert fluorescente (GFP signifiant « Green Fluorescent Protein »). Dans le second circuit, une molécule appelée AHL active un gène produisant également la protéine GFP.
Résultat ? Pour calculer les valeurs entrées dans chacun des deux circuits, il suffit de mesurer la quantité de protéine GFP générée au final. Une addition a donc bel et bien été effectuée par la cellule…
Quelles pourraient être les applications de ces travaux ? L’aptitude à créer des cellules capables de réaliser des calculs pourrait notamment permettre de développer de nouvelles approches thérapeutiques. Par exemple, il pourrait être possible de concevoir des cellules capables de détecter des cellules tumorales, et de déclencher en retour une réponse moléculaire permettant de les supprimer (pour plus d’informations sur les applications possibles, lire l’article « Synthetic biology: advancing biological frontiers by building synthetic systems »  publié en 2012 dans la revue Genome Biology)
Un tel procédé a d’ailleurs d’ores et déjà été testé dans le cadre d’une expérience qui a fait l’objet d’une publication dans la revue Science en septembre 2011 : l’article, intitulé « Multi-input RNAi-based logic circuit for identification of specific cancer cells » , démontre en effet qu’il est possible de créer des cellules dotées de circuits logiques leur permettant de faire la différence entre des lignées de cellules saines et des lignées de cellules du cancer du col de l’utérus : lorsque ces cellules ainsi modifiées détectent des cellules tumorales, elles peuvent soit émettre une protéine qui va permettre d’avertir de de la présence de ces cellules tumorales (ce qui peut alors permettre de créer un dispositif de diagnostic), soit exprimer directement une protéine qui va détruire la cellule cancéreuse (mise en place d’un dispositif thérapeutique).
Evidemment, toutes ces expériences dites de bioingénierie , ou encore de biologie synthétique, ne sont pas sans risques. En effet, elles consistent à manipuler le vivant, de façon à lui faire adopter des comportements qu’il n’avait pas auparavant. Ce qui peut déboucher sur des conséquences qui n’étaient pas souhaitées à l’origine, comme par exemple la création d’agents pathogènes à des fins malveillantes (lire l’article « Innovation responsable » sur le site Biologie de synthèse (Ministère de l’Economie, des Finances et du Commerce extérieur).