Quand les chefs-d’œuvre naissent de la levure

WBien que célèbre pour son rôle dans la création de pain croustillant et de bière mousseuse, la levure est polyvalente dans de nombreuses applications. Jeff Boeke, généticien à l’Université de New York, et son équipe utilisent la levure comme support artistique dans leur laboratoire. Au lieu de stylos ou de pinceaux, ces scientifiques utilisent la génétique, la génomique et la biologie synthétique pour transformer les cultures de levure en œuvres d’art vibrantes.

Le Projet artistique de levure est apparue il y a plus de dix ans comme une émanation inattendue du cours « Build-a-Genome » de Boeke à l’Université Johns Hopkins. Les étudiants ont appris à construire de l’ADN synthétique, et cet exercice pédagogique a également servi de cheval de bataille pour un projet plus vaste : la création d’un ADN entièrement génome eucaryote synthétique de Saccharomyces cerevisiae, connu comme Sc2.0.¹

Tangentiellement, les étudiants ont utilisé les mêmes techniques pour modifier génétiquement la levure afin de produire du bêta-carotène, améliorant ainsi sa valeur nutritionnelle et transformant sa couleur blanc cassé en nuances de jaune et d’orange. Ce changement de pigment a inspiré quelques étudiants de Boeke à explorer le côté artistique de la levure.

Ils ont modifié la levure pour créer des œuvres d’art vivantes sur des toiles de gélose en utilisant le biopointillisme ; un robot a positionné chaque point de levure, ou biopixel, sur des plaques de gélose. Leur première œuvre d’art, un hommage à Natty Boh, la mascotte de la brasserie National Bohemian de Baltimore, présentait trois couleurs et une résolution de 384 biopixels. Cette direction artistique est devenue un projet parallèle étonnamment amusant pour Boeke et son équipe.

Quand Alexandre Wudzinska, la superviseure du laboratoire de Boeke, a rejoint l’équipe. Elle a saisi avec enthousiasme l’opportunité d’expérimenter la création de plus de couleurs pour ces créations aux côtés des étudiants. Inspiré par leur enthousiasme, Boeke défend ce projet comme un moyen créatif de stimuler la curiosité et d’inciter la communauté à en apprendre davantage sur le génie génétique et la microbiologie.

Échantillonnage de la nature

Pour élargir leur palette de couleurs au-delà du blanc, du jaune et de l’orange, les chercheurs ont fait preuve de créativité dans leurs méthodes. L’équipe de Boeke accouplé Clonage de levure Golden Gate et le système d’assemblage génétique polyvalent techniques pour mélanger et faire correspondre les unités transcriptionnelles afin de modifier la levure pour exprimer un gène d’intérêt.^2,3 Inspirés par les teintes vives de la nature, ils ont incorporé des gènes dérivés d’une ménagerie de sources. Le pigment bactérien violacéine donne une levure verte ou violet foncé, presque noire. Pendant ce temps, les gènes codant pour les pigments des anémones de mer peuvent produire du bleu et les gènes des coraux créent un violet pâle.

En ajustant le nombre de gènes actifs, « vous pouvez changer la nuance d’une certaine couleur en jouant avec la combinaison du promoteur et du terminateur du gène », a expliqué Wudzinska. Leur palette initiale de trois couleurs s’est rapidement étendue à près de 35 couleurs.

Wudzinska a également souligné le défi que représente la création de nouvelles couleurs. « Nous avons également joué avec l’idée de mélanger deux types de levure différents, comme le jaune et le bleu, pour obtenir du vert », a-t-elle ajouté, même si ces combinaisons n’ont pas donné de résultats radicalement différents. Elle a découvert que la levure autonome produisant de la violacéine était plus adaptée pour obtenir un vert naturel caractéristique dans les recréations d’œuvres d’art intemporelles.

Peinture par Pixels

Depuis Natty Boh, le laboratoire de Boeke s’est inspiré d’artistes célèbres comme Pablo Picasso et Johannes Vermeer. Récemment, Wudzinska s’est tournée vers l’intelligence artificielle (IA) pour explorer d’autres styles artistiques comme le graffiti street art. Dans cette approche, ils alimentent une image dans un programme qui attribue des couleurs et génère une grille d’instructions de pixels pour le gestionnaire de liquide Labcyte Echo 550, initialement destiné à la construction d’ADN.

La machine utilise des ondes sonores pour projeter des gouttelettes de 2,5 nanolitres précises sur une plaque de gélose inversée, créant ainsi une image de type peinture par numéros pouvant atteindre 25 000 biopixels. Les plaques recouvertes de levure poussent à 30°C pendant quelques jours, puis les chercheurs les réfrigèrent pour améliorer la saturation des couleurs et éviter une prolifération excessive. Certaines œuvres d’art datent de trois ans, mais l’image est reconnaissable malgré le flou.

Le processus de fabrication de ces toiles de levure nécessite plusieurs tentatives avant d’être parfait. « Nous sommes confrontés au défi que certaines variétés poussent plus vite que d’autres, nous avons donc appris à compenser cela en mettant un titre plus élevé de certaines couleurs que d’autres », a fait remarquer Boeke. Cependant, Boeke considère le temps et les efforts consacrés à la création de ces chefs-d’œuvre comme un effort qui en vaut la peine pour le levain de leur travail.

Présentation de l’art de la levure

Au fur et à mesure que l’équipe incorporait davantage de nuances de couleurs et de designs complexes, leurs œuvres furent reconnues. Depuis 2016, le Yeast Art Project a remporté des concours d’art scientifique et est apparu sur les couvertures de revues. L’équipe a également exposé les pièces lors de l’inauguration du siège de l’Académie des sciences de New York en 2023, mais les doigts errants des curieux ont maculé l’art éphémère. Cela a conduit Wudzinska à envelopper l’œuvre d’art dans de l’époxy pour augmenter sa longévité.

Pour Boeke, l’art de la levure représente une fusion passionnante de science et d’art pour laquelle il reçoit un financement destiné à soutenir la sensibilisation éducative. Le groupe de Boeke envoie ces souches dans des écoles secondaires et des programmes scientifiques de premier cycle, encourageant les étudiants à en apprendre davantage sur la modification génétique à travers des ateliers pratiques. « Beaucoup de gens réagissent vraiment à ce travail et disent: ‘Oh, c’est tellement intéressant’, parce que vous pouvez créer des œuvres d’art avec de la levure génétiquement modifiée qui peut produire toutes ces belles couleurs », a déclaré Boeke. Il a exprimé son enthousiasme quant à l’évolution de ce projet et espère parvenir à une image de 100 000 biopixels, même s’il réfléchit encore à la conception finale.

Les références

1. Richardson SM, et al. Conception d’un génome de levure synthétique. Science. 2017;355(6329):1040-1044.
2. Agmon N, et al. Levure Golden Gate (yGG) pour l’assemblage efficace de S. cerevisiae unités de transcription. ACS Synthé Biol. 2015;4(7):853-859.
3. Mitchell LA, et al. Système d’assemblage génétique polyvalent (VEGAS) pour assembler des voies d’expression dans S. cerevisiae. Acides Nucléiques Res. 2015;43(13):6620-6630.