L'esprit de l'outilleur
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L'esprit de l'outilleur

Jul 14, 2023

La meilleure façon de découvrir avec quelle intensité le bio-ingénieur de Princeton, Clifford P. Brangwynne, aborde la vie est de le surprendre en train de jouer au hockey à Baker Rink. Avant la pandémie de COVID-19, il jouait un match debout à midi. Il joue depuis l'enfance, principalement en défense. Chez Baker, il pourrait repousser son collaborateur et ami Mikko Haataja, professeur de génie mécanique et aérospatial à Princeton et formidable attaquant. "Lorsque vous pratiquez un sport intense, c'est la seule chose qui vous préoccupe consciemment", explique Brangwynne. Avec ses patins, il entre dans la zone. Et quand Cliff Brangwynne entre dans la zone, rien ne peut l'arrêter.

Brangwynne, professeur June K. Wu '92 de génie chimique et biologique, chercheur à l'Institut médical Howard Hughes et récipiendaire de la « bourse de génie » MacArthur, est généralement également dans la zone sur le plan scientifique. En 2009, alors qu'il était chercheur postdoctoral, il a publié une découverte majeure, fondamentale sur la façon dont les cellules sont organisées. Dans les diagrammes des manuels scolaires, les cellules semblent bien rangées. De petits sous-compartiments appelés organites, chacun entouré d'une membrane, effectuent des tâches telles que le stockage d'informations génétiques ou la production d'énergie. Mais Brangwynne a découvert un organite qui n'était pas lié par une membrane. Au lieu de cela, il agissait comme une lampe à lave ou une vinaigrette à l’huile et au vinaigre. Lorsqu’il a regardé au microscope, il a vu des gouttes liquides fusionner et se briser à l’intérieur d’une cellule.

Pourtant, Brangwynne voyait des défis se profiler. C'est une chose de pouvoir voir des gouttelettes dans les cellules. C'en est une autre de connaître les règles qui régissent leur formation, ou de connaître tous les objectifs qu'elles servent. Pour répondre à ces questions, il lui faudrait aller au-delà de l’observation passive. Il devrait apprendre à contrôler les gouttelettes, car contrôler quelque chose démontre que vous le comprenez. « Cliff a un excellent flair pour résoudre des problèmes passionnants », déclare Haataja. Et c’est en réponse à ce problème, dit Haataja, que « le côté bio-ingénieur de Cliff a pris le relais ».

La bio-ingénierie est un grand mot qui couvre un large pan de la science. Les bioingénieurs, dit Brangwynne, utilisent des idées issues des domaines quantitatifs pour étudier la biologie. Ils mobilisent les composants de la biologie, comme les protéines, et les manient comme un ouvrier du bâtiment le ferait avec une perceuse. Ils construisent une boîte à outils pour répondre à des questions fondamentales sur la biologie ou pour résoudre un problème épineux pour la société. C'est une approche qui a déjà mené loin les Princetoniens.

Poussée par le désir de réduire la pollution, Frances Arnold '79 a reconnu le coût environnemental de la production de commodités modernes comme les médicaments et les carburants. Elle a décidé d’amadouer les protéines pour les fabriquer sans tous les déchets. Lorsqu'elle a lancé son laboratoire au California Institute of Technology dans les années 1980, les scientifiques affirmaient que la puissance cérébrale et la puissance informatique révéleraient des instructions précises permettant aux protéines d'exécuter leurs ordres. Mais les protéines contiennent des centaines, voire des milliers d’acides aminés. Avec 20 acides aminés parmi lesquels choisir, cela donne un nombre impressionnant de combinaisons possibles. Arnold n'aimait pas ces probabilités, alors elle a essayé d'exploiter la méthode biologique de modification des protéines - l'évolution - pour créer un outil de personnalisation des protéines que tout scientifique pourrait utiliser. Aujourd’hui, les fabricants de médicaments et de détergents à lessive utilisent sa technique, connue sous le nom d’évolution dirigée. Elle a remporté une part du prix Nobel de chimie 2018.

En 1961, alors qu'Osamu Shimomura était chercheur au département de biologie de Princeton, il a isolé une protéine verdâtre et brillante d'une méduse. Mais il ne s'est pas arrêté là. Il regarda sous le capot proverbial pour voir ce qui faisait briller la protéine. D'autres protéines lumineuses connues à l'époque nécessitaient des additifs chimiques pour s'éclairer, mais la protéine de Shimomura n'avait besoin que d'une source de lumière bleue. Les scientifiques ont saisi l’opportunité d’utiliser la protéine verte comme outil. Parmi d’innombrables applications, ils l’ont utilisé pour suivre la propagation des cellules cancéreuses et détecter l’arsenic dans les puits d’eau. Shimomura a reçu une partie du prix Nobel de chimie 2008. Plus tard, en 2014, une partie du prix Nobel de chimie a été attribuée à un chercheur qui a utilisé la protéine pour augmenter la résolution des microscopes optiques, ce qui a permis aux scientifiques de voir les minuscules sous-compartiments d'une cellule, y compris les gouttelettes, avec une plus grande netteté.