Le biologiste synthétique Tal Danino manipule des micro-organismes dans son laboratoire pour créer des motifs colorés et accrocheurs. Voici un aperçu du processus qu’il utilise pour transformer « Oh, beurk » en « Oh, wow ».

Le biologiste synthétique Tal Danino se lave les mains en permanence, l’un des risques professionnels liés au fait de travailler avec des bactéries toute la journée au Synthetic Biological Systems Lab, qu’il dirige à l’université Columbia de New York. M. Danino, titulaire d’une bourse TED, passe la majeure partie de son temps à essayer d’exploiter les propriétés uniques des bactéries – celles-là mêmes qui peuvent les rendre si dangereuses pour l’homme – et d’en faire de puissants agents anticancéreux. Mais lorsqu’il ne programme pas des bactéries pour combattre le cancer, il les programme pour faire de l’art, en partie pour rendre plus accessibles des principes scientifiques difficiles. « Il est agréable d’utiliser les arts visuels pour aider à communiquer la science, explique-t-il, car l’art transcende réellement les frontières du langage et du savoir. » Parmi les projets créatifs récents de M. Danino, citons une installation féministe de cultures bactériennes prélevées sur le corps de 100 femmes (pour laquelle il a collaboré avec l’artiste conceptuelle Anicka Yi), ainsi qu’une série de plats en céramique inspirés de motifs bactériens naturels (une collaboration avec l’artiste et photographe Vik Muniz). Pour son dernier projet, Microuniverse, il a produit une série d’images éblouissantes et abstraites créées par différentes espèces de bactéries, chacune cultivée dans des conditions différentes pendant une durée variable. « Ce projet a pour but de nous faire découvrir cet univers invisible, vraiment petit, qui nous entoure tous les jours », explique-t-il. Il décrit ici certains de ses projets étrangement beaux.

L’esthétique intrigante des bactéries

Chaque jour, Danino observe les motifs complexes que les bactéries forment dans des dizaines de boîtes de Pétri dans son laboratoire. Au fur et à mesure que leurs cellules se développent, se divisent et communiquent entre elles, elles s’auto-organisent en colonies pour maximiser leurs chances de survie. Les motifs qu’elles forment sont déterminés à la fois par leur patrimoine génétique et par leur environnement. En sélectionnant des bactéries connues pour générer certains modèles – par exemple, E. coli se développe naturellement sous forme de fractale, tandis que Proteus mirabilis se développe sous forme d’anneaux concentriques – ainsi que des bactéries intéressantes provenant d’échantillons de sol prélevés dans son propre jardin, Danino et son équipe ont commencé à expérimenter le contrôle de leurs modèles de croissance. En fin de compte, il espère que s’ils pouvaient mieux comprendre comment la nature façonne les comportements et les modèles chez les bactéries, cela pourrait à son tour inspirer leur travail d’ingénierie pour lutter contre le cancer.

Alter l’environnement, modifier la conception

En changeant les conditions – comme la température et l’humidité – dans lesquelles les bactéries sont cultivées, Danino a constaté qu’il était capable de les manipuler pour créer certains modèles. Par exemple, la température optimale pour la croissance de nombreuses bactéries est de 37 degrés Celsius, ce qui est, sans surprise, la température du corps humain. S’il fait plus chaud ou plus froid que 37 degrés, la croissance des bactéries sera tout simplement ralentie. L’humidité affecte les bactéries d’une manière différente : plus l’environnement est sec, plus les bactéries sont susceptibles de se regrouper pour conserver l’humidité. Selon M. Danino, le fait de modifier la concentration de gel d’agar – le milieu de croissance des bactéries – sur la boîte de Pétri a également une incidence sur la formation de motifs. Plus le gel est mou, plus les bactéries se répandent rapidement sur une zone plus large.

Attendre et regarder

Une fois que Danino a défini les conditions initiales, il laisse les bactéries se développer et attend les résultats. Il a utilisé une vingtaine d’espèces différentes de bactéries pour Microuniverse, les laissant se développer pendant aussi peu que deux jours et aussi longtemps que deux mois. Quelles que soient les conditions dans lesquelles elles sont élevées, « chaque bactérie a une préférence naturelle pour un type de motif », explique-t-il. « Cela est lié à la façon dont les bactéries nagent et communiquent entre elles. Elles ont chacune leur propre personnalité, si vous voulez. »

Colonies de couleur

Il est courant pour les scientifiques d’utiliser des colorants chimiques pour recueillir des informations sur la structure d’une bactérie. S’ils veulent distinguer Streptococcus pyogenes de E. coli, par exemple, ils colorent un plat pour révéler les formes des cellules, ce qui leur permet de les identifier visuellement. « Les scientifiques ne regardent généralement que des images monochromes », explique M. Danino, « alors nous nous sommes inspirés de cela. » En plus des colorants scientifiques traditionnels, il a également expérimenté l’utilisation de colorants alimentaires sur la gélose ainsi que sur les bactéries elles-mêmes. Il a également essayé diverses combinaisons de couleurs pour obtenir un effet de gradient, comme dans cette image ci-dessus.

Exposer un univers invisible

« Chaque image encadrée ou chaque boîte de Pétri est son propre petit monde », dit Danino. « Ces motifs ressemblent à quelque chose que vous pourriez voir dans un flocon de neige, quelque chose que vous pourriez voir sous l’eau ». Avec chaque boîte de Pétri, le projet vise à représenter un univers abstrait qui lui est propre. « J’ai commencé à voir ces boîtes de Pétri, et je me suis dit, whoa, ça ressemble à quelque chose que l’on pourrait voir dans l’espace ». D’où le nom de Microuniverse.

Le processus de clonage moléculaire

Les projets artistiques de Danino sont quelque chose qu’il fait pendant son temps libre. Ses journées sont occupées par des travaux en biologie synthétique, un domaine scientifique relativement naissant qui, dans sa définition générale, implique l’ingénierie d’organismes vivants pour obtenir un comportement souhaité. Dans son laboratoire, Danino modifie et programme des bactéries à l’aide d’un processus appelé clonage moléculaire. Après avoir identifié les séquences génétiques qui créent une certaine fonction biologique dans un type de bactérie, lui et son équipe peuvent isoler ces séquences, les amplifier en laboratoire, puis les insérer dans l’ADN de la bactérie qu’ils veulent voir présenter cette fonction. « Aujourd’hui, vous pouvez en fait taper cette séquence en ligne, et une entreprise produira cette séquence synthétiquement et vous l’enverra dans un tube », dit Danino.

Mettre à profit son potentiel anticancéreux

Récemment, Danino et son équipe ont conçu des bactéries – ils ont travaillé avec E.coli, un probiotique E.coli, et Salmonella – pour détecter et traiter le cancer. Fait remarquable, les bactéries peuvent se développer à l’intérieur des tumeurs, là où même le système immunitaire ne peut aller, et elles peuvent également être programmées pour produire diverses toxines qui provoquent la mort des cellules tumorales. Grâce au clonage moléculaire, Danino tente de programmer les bactéries pour qu’elles détectent et révèlent les tumeurs dans l’organisme et qu’elles libèrent des toxines anticancéreuses une fois à l’intérieur. « C’est presque comme une situation de type cheval de Troie », explique-t-il. « Les bactéries pénètrent dans la tumeur, puis elles commencent à fabriquer le médicament, et la tumeur peut alors réellement ralentir ou se désintégrer. »

Une passerelle visuelle vers la science

Danino espère que des projets comme Microuniverse inciteront les gens à en apprendre davantage sur les mondes microbiens complexes qui nous entourent – et nous habitent – et à leur montrer que les bactéries peuvent être utilisées à des fins positives, comme la lutte contre le cancer. « Il est très difficile d’enseigner aux gens l’ADN, les protéines et le clonage moléculaire », explique-t-il. « Mais je pense que lorsque vous voyez une image, quelle que soit votre formation, cela vous attire pour en savoir plus sur la science. » La suite du projet : Danino s’est associé à la société Print All Over Me pour créer des vêtements personnalisés basés sur les images de bactéries de Microuniverse (une partie des recettes sera consacrée à la recherche sur le cancer). Il espère également poursuivre la tournée de Microuniverse, qui sera exposée au MIT plus tard en 2017. Son laboratoire travaille également à la capture de vidéos time-lapse de la croissance des bactéries, ce qui signifie, c’est vrai, que E. coli pourrait bientôt arriver dans un théâtre près de chez vous.

Toutes les images : Soonhee Moon.