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Quelle innovation biotechnologique ne doit-on pas rater ce mois-ci ? Des coléoptères robotiques capables de stocker et de relâcher une grande quantité d'énergie... Posté le 30 janvier 2023 par Romain FOUCHARD
"Les taupins sont des coléoptères un peu particuliers. Au cours de leur évolution, ils ont développé une étonnante capacité à sauter plus de dix fois leur taille… et sans s’aider de leurs pattes ! Dès 2021, une étude parue dans PNAS et menée par une équipe de chercheuses de l’université de l’Illinois (États-Unis) avait éclairé le mécanisme à l’œuvre chez ces insectes. Ils possèdent dans leur thorax, juste derrière leur tête, un outil rappelant une charnière et qui leur sert à sauter. Pour en comprendre le fonctionnement, les scientifiques ont eu recours aux rayons X. Elles ont alors découvert qu’une cheville située sur l’un des côtés de la charnière était reliée à l’autre côté. Quand cette liaison se relâchait brusquement, un « clic » sonore retentissait et la charnière se détendait rapidement, provoquant le saut du coléoptère. L’énergie considérable amassée puis dépensée par un si petit animal promet des fonctions uniques, exploitables par des robots bio-inspirés…
Des coléoptères-robots encore plus performants que leur inspiration En ingénierie, répliquer un taupin robotique est loin d’être chose aisée. En effet, le coléoptère peut compter sur un système musculosquelettique capable d’amplifier fortement sa puissance musculaire. Chez un robot, le stockage de l’énergie élastique et l’amplification de la puissance nécessitent habituellement l’emploi de deux actionneurs embarqués différents. Et donc un design d’autant plus complexe, avec de multiples parties à assembler… Pourtant, l’équipe menée par le professeur d’ingénierie et de sciences mécaniques Sameh Tawfick, de l’université de l’Illinois, est parvenue à résoudre ce problème. Dans un article publié en janvier 2023 dans PNAS, les chercheurs décrivent la conception et la réalisation de leur propre robot sauteur, associant le meilleur des domaines du vivant et de la robotique. Leur trouvaille repose sur le flambage dynamique en cascade. Autrement dit, un mode de déformation structurelle en présence d’une charge, capable de déclencher une séquence automatique menant au saut en lui-même." (...) [Image] Les insectes-robots sont assez petits pour s’engouffrer dans des espaces réduits, assez puissants pour éviter des obstacles, et aussi rapides que leurs modèles biologiques.
Crédits : Michael Vincent, université de l’Illinois. [Elateridae / click beetles / taupins]
Par Morgan. Gizmodo Tech. « ... La soie d’araignée est environ cinq fois plus résistante que l’acier et trois fois plus que le kevlar tout en étant incroyablement légère et très bonne conductrice de chaleur. Electronique, habillement, matériel militaire, ses domaines d’application pourraient être infinis. Et pourtant, avant de pouvoir vraiment en profiter, il faut trouver le moyen de la produire à des coûts raisonnables.»
« Avec quelques manipulations génétiques, la société allemande AMSilk a élaboré une souche de la bactérie E. Coli capable de fabriquer la protéine tressée naturellement par les araignées... »
[Image : Bobine Biosteel via "AMSilk | high performance materials: Biosteel Spidersilk Fibers"
Insect-inspired super rubber moves toward practical uses in medicine
The remarkable, rubber-like protein that enables dragonflies, grasshoppers and other insects to flap their wings, jump and chirp has major potential uses in medicine, scientists conclude in an article in the journal ACS Macro Letters. It evaluates the latest advances toward using a protein called resilin in nanosprings, biorubbers, biosensors and other applications.
[...]
ACS Macro Letters "Resilin-Based Materials for Biomedical Applications"
C’est nouveau, ça vient de sortir : des pinces à chenille en polydiméthylsiloxane, minuscules, et délicates, capables de pincer, même à l’air et la tête en bas.
Ce qui est très nouveau, c’est que cet outil est actionné par la contraction d’un muscle d’insecte (le vaisseau dorsal d’une chenille) irrigué par du liquide nutritif. Il a été difficile d’empêcher l’évaporation de celui-ci mais on a pu couler un film de paraffine pour étanchéifier le dispositif.
[...] D’après « Insect-powered microtweezers », par Michael Parkin. Lu le 2 octobre 2013 à www.rsc.org/chemistryworld/ http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/10/insect-powered-microtweezers
De la soie d'araignée, de minuscules tubes de carbone, un peu d'eau et beaucoup de doigté: il n'en faudrait pas plus pour préparer l'électronique du futur, à la fois nanométrique et écologique, suggère une étude publiée mardi.
Il existe de plus en plus de cas d'insectes résistant à la protéine Bt de plantes génétiquement modifiées pour être protégées contre leurs attaques, une résistance qui varie en fonction des pratiques agricoles, affirme une étude publiée ce lundi.
Les auteurs de ces travaux, publiés dans Nature Biotechnology, ont passé en revue 77 études conduites dans huit pays et cinq continents à partir de données issues de champs abritant des OGM, principalement du maïs et du coton.
→ Insect resistance to Bt crops: lessons from the first billion acres http://www.nature.com/nbt/journal/v31/n6/full/nbt.2597.html#access
« L’aile membraneuse et transparente de Psaltoda claripennis (Hém. Cicadidé), cigale de la façade est de l’Australie, est pavée de micropicots. Ces reliefs de la cuticule, disposés régulièrement, sont espacés d’un intervalle de l’ordre de grandeur d’une bactérie.
Une fois déposée sur cette aile, une bactérie risque fort d’y mourir, non pas embrochée mais coincée puis laminée entre les picots. Sauf si elle est coriace.
Elena Ivanova et son équipe australo-espagnole (université Swinburne, Hawthorne) ont traité des bactéries aux micro-ondes, de façon à en ramollir plus ou moins la membrane. Une fois déposées sur l’aile, les plus coriaces, seules, ont effectivement survécu.
Anne-Marie Kietzig, ingénieure chimiste de l’université McGill (Montréal, Canada) a rejoint l’équipe pour développer un matériau antibiotique inerte, copié sur le tégument de la cigale. On pourrait en revêtir ces nids à microbes que sont les barres dans les autobus.»
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Catherine Aubertin détaille l’important désaccord entre les Nord et les Sud dans les négociations à Montréal. La question des séquences génétiques numérisées (DSI) met en péril l’adoption d’un nouveau cadre mondial pour la biodiversité. par Coralie Schaub publié le 11 décembre 2022 à 12h32 "C’est un sujet qui fâche, au point qu’il menace l’obtention d’un accord à l’issue de la COP15 biodiversité, laquelle a lieu jusqu’au 19 décembre à Montréal. Les pays industriels «riches en technologies» et les pays en développement «riches en biodiversité» – pour résumer à gros traits – s’écharpent autour des séquences génétiques numérisées, ou DSI (Digital Sequence Information), et du partage des avantages découlant de leur utilisation. Une question très technique sur laquelle les négociations à la COP15 se focalisent, en oubliant l’enjeu de fond : la nécessité absolue de préserver la richesse du vivant sur Terre." [Image] Durant la session d'ouverture de la COP15 biodiversité à Montréal, mercredi. (Andrej Ivanov/AFP)
Les Bulletins Electroniques des Ambassades de France. BE Allemagne. « Avec plus de 30 millions d'espèces connues, les insectes représentent un véritable "trésor pharmaceutique" dont il reste encore beaucoup à découvrir. Le développement de nouveaux produits basés sur les propriétés des insectes (biotechnologie "jaune") est récent, mais il est déjà internationalement reconnu comme un domaine innovant avec des perspectives de croissance considérables. En effet, la capacité des insectes à coloniser l'ensemble de la biosphère est le résultat d'une adaptabilité évolutive exceptionnelle. De nombreuses espèces d'insectes peuvent survivre dans des environnements extrêmes, et sont capables de métaboliser des substances à forte toxicité. La compréhension de leurs outils de synthèse moléculaire ouvre de nouvelles perspectives dans les domaines de la médecine (biotechnologie "rouge"), de la lutte antiparasitaire (biotechnologie "verte") et de la production industrielle (biotechnologie "blanche"). La recherche sur ces espèces doit également permettre le développement de modèles pour l'évaluation des risques éco-toxicologiques ou encore faciliter la production de nouveaux biocapteurs. »
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Source : LOEWE-Zentrum „Insektenbiotechnologie“ am Standort Gießen
Pour en savoir plus : Site internet allemand dédié à la recherche en biotechnologie utilisant les insectes (en anglais): http://www.insekten-biotechnologie.de/en/start.html
Les Bulletins Electroniques des Ambassades de France - un service ADIT
Des chercheurs de l'Institut de Physique de São Carlos (IFSC) de l'Université de São Paulo (USP), en collaboration avec des chercheurs de l'Université Fédérale du Mato Grosso (UFMT), ont mis au point un capteur biologique (biocapteur) qui détecte en quelques minutes la présence d'un pesticide hautement toxique dans l'eau, le sol ou les aliments. Ce pesticide, le méthamidophos (ou O,S-diméthyl phosphoramidothioate), est interdit depuis juin 2012 au Brésil en raison de son action nocive sur les systèmes neurologique, immunitaire, reproducteur et endocrinien. Il reste cependant utilisé dans certaines cultures, notamment dans les plantations de soja du Mato Grosso.
Selon les chercheurs, le capteur, développé dans le cadre de l'Institut National d'Electronique Organique (INEO, un des Instituts Nationaux de Science et Technologie soutenus par la FAPESP et le CNPq) [1], peut être adapté à la détection d'autres pesticides. En outre, le principe de fonctionnement du dispositif peut être réutilisé dans un nouveau dispositif de détection rapide de contamination par le virus de la dengue.
Nirton Cristi Silva Vieira, post-doc à l'IFSC et un des coordinateurs du projet de biocapteur et du test de détection de la dengue, précise que le méthamidophos est surtout utilisé dans les plantations de soja comme insecticide contre les chenilles et les punaises qui attaquent l'oléagineux. Le pesticide pénètre facilement le sol et les nappes phréatiques et, en contaminant l'eau et les aliments, agit sur le système nerveux central des êtres vivants en inhibant l'action de l'acétylcholinestérase (enzyme qui intervient dans le bon fonctionnement des liaisons synaptiques). Chez l'Homme, l'effet toxique du pesticide peut entraîner la mort.
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La soie d'araignée pourrait bien servir de base à une nouvelle gamme de matériaux aux qualités étonnantes et révolutionner le monde de l'électronique, une fois combinée avec des nanotubes de carbone. La soie filée par les araignées – oui, la base de nos « vulgaires » toiles d'araignée – pourrait bien tenir le haut du pavé dans un futur très proche... On lui connaissait déjà certaines propriétés, telles que la résistance, l'élasticité, la légèreté, et les chiffres sont éloquents : sa fibre présenterait une solidité équivalente à celle de l'acier tout en restant six fois plus légère, ainsi qu'une énergie de rupture six fois supérieure à celle du kevlar. Nous vous évoquions d'ailleurs ici, il y a près de deux ans, les travaux d'une équipe de scientifiques néerlandais explorant les moyens de développer une peau à l'épreuve des balles, en se tournant vers le lait de chèvres naines transgéniques, chèvres ayant reçu au préalable une séquence génétique provenant d'araignées codant pour la conception de leur soie. Eden Steven, physicien de l'université de Florida State et membre du MagLab, a décidé d'étudier d'autres pistes sans pour autant faire table rase de nos connaissances en la matière : enrober la soie de l'araignée d'une fine épaisseur de nanotubes de carbone, connus pour leur résistance et leur dureté, mais également pour leur grande conductivité à la fois électrique et thermique. Ses travaux, publiés dans la revue scientifique à comité de lecture Nature Communications, pourraient bien faire souffler un vent nouveau sur le monde de l'électronique. [...]
Une équipe internationale s'inspire de ces clignotants ailés pour améliorer l'efficacité des DEL. [...] Ce n'est pas tant la production de lumière par la luciole qui a intéressé les chercheurs - ce phénomène photochimique est relativement bien compris - que la manière dont la paroi translucide de son abdomen réussit à transférer vers l'extérieur l'essentiel de cette lumière. Une DEL fait face au même défi: son matériau de support, qui présente un taux de réfraction élevé, réfléchit vers l'intérieur une importante proportion de la lumière émise, entraînant l'échauffement de la diode. Les chercheurs ont supposé que des millions d'années de patiente évolution auraient permis à la luciole de résoudre ce problème technique. Ils ont percé son secret : la paroi de son abdomen - la cuticule - est recouverte d'infimes écailles. Les facettes formées par leur rencontre diffractent la lumière en limitant au minimum la réflexion interne, et par conséquent la perte de luminosité. [...]
On n'est pour l'instant capables de n'en récolter qu'en très petites quantités, mais les utilisations sont déjà nombreuses: fil de pêche, réticules d'appareil optiques, mèches (type de pansement textile). Comme les cheveux, la soie d'araignée est faite de protéines. [...] Dans la nature, la soie d'araignée est tissée, mais en laboratoire, les protéines ont été reconstituées en sphères, minces pellicules, capsules et hydrogels (matériaux utilisés pour fabriquer les lentilles de contact souples).
La capacité à constituer de nouveaux objets à partir de la soie d'araignée ouvre la possibilité de créer des matériaux pour des utilisations spécifiques, notamment en médecine.
Le pétrole (« huile de pierre ») se fera rare et cher, le noctuole viendra à la rescousse. Cette « huile de noctuelle » ne sera pas issue d’un pressoir à chenilles de Noctuelle baignée mais coulera d’une bioraffinerie alimentée avec des déchets végétaux. La transformation en carburant sera le fait d’un enzyme tiré de la flore intestinale d’Agrotis ipsilon (Lép. Noctuidé). ...
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