La chimie de plus en plus digitale...Et si on reprogrammait nos cellules ?

La chimie de plus en plus digitale...Et si on reprogrammait nos cellules ?

Bienvenue dans le monde numérique! Les ordinateurs sont partout autour de nous.

 On les retrouve même dans nos poches avec les smartphones et les tablettes. Ces cerveaux digitaux disposent de puissances de calcul toujours plus importantes et de mémoires phénoménales. Les données sont stockées et échangées dans le « cloud ». L’informatique et la numérisation font désormais partie intégrante de notre vie.  Aucun domaine de notre existence n’échappe à cette 

vague digitale. Même les sciences du vivant et la chimie y sont soumises!

Bien sûr, l’ordinateur ne fait pas (encore) tout dans le monde de la chimie. Mais qu’il s’agisse de nouveaux matériaux, des médicaments du futur ou encore de la biologie synthétique: les gigabytes sont devenus incontournables. Même là où l’on ne les attend pas! Jusque dans nos cellules, par exemple!

 

Il existe en effet aujourd’hui des systèmes expérimentaux hybrides qui permettent de contrôler des cellules vivantes avec des algorithmes (des programmes informatiques). Ces systèmes combinent des microscopes et des ordinateurs.

C’est ce qu’on appelle de la biologie de synthèse. Ils permettent de (re)programmer les cellules pour qu’elles améliorent leur rendement dans une tâche précise ou pour qu’elles accomplissent efficacement une nouvelle tâche. Par exemple pour modifier le niveau de fluorescence dans des cellules de levures. En France, les scientifiques utilisent pour ces contrôles biologiques des impulsions lumineuses. L’ordinateur observe la fluorescence de chaque cellule et décide en temps réel comment modifier l’environnement des cellules pour induire ou réprimer l’expression d’un gène codant pour une protéine fluorescente. Et cela fonctionne!

Un des enjeux de cette discipline est de contourner les limitations des systèmes biologiques existants. Il est par exemple difficile d’obtenir la même expression des gènes d’une cellule à l’autre, même si celles-ci sont cultivées ensemble dans un même milieu. Grâce à ces technologies de pointe, les chercheurs parviennent à contrôler de façon très homogène les cellules et ce qu’elles peuvent faire ou produire.

 

 

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Comment font-ils pour reprogrammer ces cellules ?

Ils commencent par les placer dans un dispositif de microfluidique. Il s’agit de minuscules réseaux où les cellules baignent dans un fluide. Cela permet de faire varier leur environnement chimique ou lumineux à la demande.

Le programme informatique décide des modifications à apporter à l’environnement chimique ou lumineux de la cellule, en fonction de son comportement courant et de l’objectif désiré. La fameuse fluorescence dont on parlait il y a un instant.

L’ordinateur gère également la prise d’images par le microscope et leur analyse pour connaitre en temps réel les réactions des cellules (on parle de « réponse cellulaire » dans le jargon). Au final, les cellules produisent les effets recherchés. Science-fiction ? Non, en France, plusieurs équipes de chercheurs travaillent sur ces systèmes.

En chimie numérique, c’est la même chose!

Cette branche de la chimie utilise les lois de la chimie théorique exploitées dans des programmes informatiques afin de calculer la structure d’un futur composé ou encore les propriétés de nouveaux assemblages d’atomes. Comme des molécules, les solides, les agrégats atomiques.

Ces modélisations, ces simulations sur ordinateur permettent de prévoir les caractéristiques de nouveaux matériaux avant même qu’on commence à en fabriquer des échantillons. En Belgique, une équipe est même championne en calculs dans ce domaine: le groupe de recherche du Pr Hautier, à l’Université Catholique de Louvain.
Pour concevoir de nouveaux matériaux, les scientifiques utilisent de puissants ordinaires qui calculent automatiquement les propriétés de milliers de matériaux pour ensuite combiner les plus intéressants et mettre au point des matériaux avancés. Une technique utilisée pour élaborer de meilleurs systèmes de  stockage d’énergie (comme des batteries Li-ion) ou encore des matériaux optoélectroniques plus performants (comme des oxydes conducteurs transparents).

Et cela marche aussi pour de futurs médicaments 

Avant de développer une nouvelle molécule thérapeutique, on analyse de manière digitale comment elle va agir et réagir dans l’organisme. Les simulations informatiques permettent ainsi de détecter leurs effets indésirables. Ce qui fait gagner beaucoup de temps dans la mise au point de nouveaux médicaments. Inutile en effet de poursuivre les recherches sur une substance qui a l’air intéressante pour traiter une certaine maladie si cette même substance s’avère toxique pour le reste du corps!

Bienvenue dans le règne de la chimie 4.0

Ces quelques exemples de labo de recherche montrent bien à quel point la digitalisation de la chimie et des sciences du vivant est devenue incontournable.

Bien sûr, l’utilisation des programmes informatiques, l’utilisation des données stockées dans le cloud, concerne aussi de nombreuses autres facettes de cette industrie.

L’informatique est présente dans toutes les fonctions de base de ses usines, dans tous les métiers de ce secteur. Pensons à la logistique, à la production, la maintenance, le marketing, les services de ventes. Plus personne ne peut se passer d’un ordinateur. Imagines-tu un robot ou une machine qui fonctionne aujourd’hui sans être au minimum contrôlée par un programme informatique ou une certaine forme d’intelligence artificielle ?

Même du côté des utilisateurs, la vague digitale est présente et devient de plus en plus incontournable. C’est le cas de l’e-santé.

L’e-santé ? Il s’agit de la « santé électronique »

Télédiagnostic, téléconsultation, médecine personnalisée via des applications mobiles et les réseaux sociaux, systèmes d’information hospitaliers, services électroniques pour les patients et les médecins… Tout cela passe par les outils digitaux aujourd’hui à notre disposition. Smartphones et tablettes.
Les instruments de la révolution digitale appliquée à la chimie et aux sciences de la vie se trouvent aussi dans votre poche. On vous le disait en début d’article!

 

 

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