Des plantes transformées en détecteurs de produits chimiques dangereux

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Et si votre plante d’intérieur pouvait vous dire que votre eau n’est pas salubre ? Les scientifiques sont sur le point de réaliser cette vision, après avoir réussi à créer une plante qui devient rouge betterave en présence d’un pesticide toxique et interdit.

Pour y parvenir, les chercheurs de l’UC Riverside ont dû résoudre un casse-tête technique : comment permettre à une plante de détecter et de réagir à un produit chimique présent dans l’environnement sans nuire à sa capacité à fonctionner normalement à tous autres égards.

“Le plus gros élément ici est que nous avons créé un capteur environnemental sans modifier le métabolisme natif de la plante”, a déclaré Ian Wheeldon, professeur agrégé de génie chimique et environnemental à l’UCR. « Auparavant, le composant biocapteur aurait gâché la capacité de la plante à pousser vers la lumière ou à cesser d’utiliser de l’eau en cas de stress. Ce ne sera pas le cas.

Un nouveau papier détaillant la chimie derrière cette réalisation a été publié dans la revue Biologie chimique naturelle. Le processus d’ingénierie commence par une protéine appelée acide abscissique, ou ABA, qui aide les plantes à s’acclimater aux changements stressants de l’environnement.

Lors d’une sécheresse, le sol sèche et les plantes produisent de l’ABA. Des protéines supplémentaires, appelées récepteurs, aident la plante à reconnaître et à répondre à l’ABA. Cela indique à son tour à la plante de fermer les pores de ses feuilles et de ses tiges afin que moins d’eau s’évapore et que la plante soit moins susceptible de se flétrir.

L’année dernière, l’équipe de recherche a démontré que les protéines des récepteurs ABA peuvent être entraînées à se lier à des produits chimiques autres que l’ABA. L’équipe a maintenant montré qu’une fois que les récepteurs se lient à cet autre produit chimique, la plante devient rouge betterave.

Pour cette démonstration, l’équipe a utilisé de l’azinphos-éthyl, un pesticide interdit dans de nombreux endroits car toxique pour l’homme. “Les personnes avec lesquelles nous travaillons essaient de détecter à distance des informations sur les produits chimiques présents dans l’environnement”, a déclaré Sean Cutler, professeur de biologie cellulaire végétale à l’UCR. “Si vous en aviez un champ et qu’ils devenaient rouges, ce serait assez évident visuellement.”

Dans le cadre de la même expérience, l’équipe de recherche a également démontré la capacité de transformer un autre organisme vivant en capteur : la levure. L’équipe a pu montrer une réponse de la levure à deux produits chimiques différents en même temps. Cependant, cela n’est pas encore possible chez les plantes.

“Ce serait formidable si nous pouvions éventuellement concevoir une usine capable de détecter 100 pesticides interdits, un guichet unique”, a déclaré Cutler. « Plus vous pouvez en empiler, mieux c’est, en particulier pour les applications impliquant la santé environnementale ou la défense. Mais il y a actuellement des limites à ce que nous pouvons concevoir pour ces nouvelles capacités de détection.

Pour être clair, ces plantes ne sont pas cultivées commercialement. Cela nécessiterait des approbations réglementaires qui prendraient de nombreuses années. Il s’agit également d’une nouvelle technologie, avec une série de problèmes qui devront être résolus avant de pouvoir être utilisée dans les champs des agriculteurs ou ailleurs dans le monde réel. Cependant, la découverte ouvre des possibilités.

« Cet article a démontré une réponse visuelle à un produit chimique présent dans les plantes. Nous essayons de détecter n’importe quel produit chimique dans un environnement », a déclaré Cutler. « D’autres pesticides, mais aussi des médicaments comme les pilules contraceptives ou le Prozac présents dans l’approvisionnement en eau, sont des choses auxquelles les gens craignent d’être exposés. Ce sont des applications à portée de main désormais.

Référence: Park SY, Qiu J, Wei S et al. Un module CID orthogonalisé basé sur PYR1 avec une spécificité de liaison au ligand reprogrammable. Nat Chem Biol. 2023. est ce que je: 10.1038/s41589-023-01447-7

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