Des chercheurs du MIT ont conçu des colonies bactériennes capables d’effectuer des calculs logiques simples. Publiés le 17 août dans Nature Chemical Biology, les travaux ouvrent la voie à des capteurs vivants posés sur les plantes pour surveiller sécheresse, ravageurs ou maladies.
Des colonies de bactéries déposées sur une plaque de gélose peuvent désormais exécuter un calcul logique. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont construit des circuits vivants à partir de micro-organismes répandus, disposés à la manière de composants électroniques. Leur étude, publiée le 17 août dans Nature Chemical Biology, décrit des colonies capables d’additionner et d’orienter des signaux moléculaires.
Le procédé relève de la biologie synthétique, discipline qui assemble des briques génétiques pour doter les cellules de fonctions programmables.
Pour bâtir les circuits, l’équipe a utilisé Pantoea agglomerans, une bactérie présente à la surface des plantes. Hamid Doosthosseini, premier auteur, et Christopher Voigt, directeur du département de génie biologique du MIT, ont conçu deux types de transistors bactériens ainsi que trois souches relais. Chaque relais transmet un signal moléculaire dans une seule direction, d’une colonie à l’autre, ce qui garantit la propagation ordonnée de l’information.
Les colonies ont été déposées sur des plaques de gélose, espacées d’environ cinq millimètres, grâce à un dispensateur acoustique de liquides. La disposition physique des colonies détermine la fonction du circuit. Pour changer de calcul, il suffit de réorganiser les colonies, sans réécrire le code génétique. Le dispositif repose sur trois briques :
- deux types de transistors bactériens ;
- trois souches relais à transmission unidirectionnelle ;
- un espacement d’environ cinq millimètres entre colonies sur gélose.
Le circuit le plus vaste démontré reliait 24 colonies pour effectuer des calculs arithmétiques. L’équipe a aussi mis en œuvre des portes OR, des opérations d’implication, qui expriment une condition logique de type « si A alors B », et un démultiplexeur chargé d’aiguiller les signaux vers une sortie ou une autre selon une entrée de contrôle.
Lent mais délibéré
Un calcul unique demande environ huit heures, une éternité comparée au silicium. La vitesse importe pourtant peu pour les usages visés. La surveillance des sols agricoles ou de la santé des plantes s’étale sur des heures, des jours, voire des saisons entières. Dans un tel intervalle, huit heures constituent un délai acceptable.
« Nous ne cherchons pas à remplacer les ordinateurs », a déclaré Christopher Voigt, selon un communiqué du MIT. L’objectif est d’intégrer un contrôle computationnel directement au sein des écosystèmes vivants, là où les puces électroniques ne peuvent pas se maintenir.
Des capteurs vivants pour les cultures
L’équipe envisage de placer les circuits bactériens sur les racines ou les feuilles des plantes. Ils pourraient y détecter la sécheresse, les ravageurs ou les maladies, puis déclencher des réponses biologiques, comme la production d’un fongicide. Un tel capteur fonctionnerait en continu, sans alimentation électrique ni maintenance. Un signal précoce permettrait d’intervenir avant que les dégâts ne deviennent visibles.
La démarche contourne aussi une limite ancienne de la biologie synthétique. Concentrer trop de fonctions dans une seule cellule risque de surcharger la machinerie de synthèse des protéines. Répartir le traitement de l’information entre de nombreuses colonies spécialisées évite le goulet d’étranglement et permet d’assembler des systèmes plus complexes sans fragiliser chaque cellule.
Les travaux ont reçu un financement partiel de la DARPA et de l’IARPA, agences américaines dédiées aux projets de recherche avancée.
Article : « Living circuit boards built by printing bacterial transistors » – DOI : 10.1038/s41589-026-02300-3
