Des scientifiques de l'EPFL ont développé une technique appelée optovolution, qui utilise la lumière pour faire évoluer des protéines capables de changer d'état, de détecter leur environnement et d'effectuer des calculs. En modifiant des cellules de levure pour qu'elles ne survivent que si les protéines se comportent de manière dynamique, la méthode sélectionne rapidement les variantes optimales. Cette approche, publiée dans Cell, fait progresser la biologie synthétique et l'optogénétique.
L'évolution naturelle façonne les systèmes biologiques par la sélection de variations efficaces dans l'ADN, l'ARN et les protéines. Les humains influencent ce processus depuis longtemps, de la sélection en agriculture à l'évolution dirigée moderne en laboratoire, qui améliore des protéines comme les enzymes et les anticorps pour la médecine et l'industrie. Traditional directed evolution applies constant pressure, favoring proteins active all the time. This overlooks the dynamic needs of many proteins, which act as switches or logic gates responding to changing conditions. Such methods often degrade switching abilities, complicating the creation of multi-state proteins. Pour y remédier, Sahand Jamal Rahi et ses collègues du Laboratoire de physique des systèmes biologiques de l'EPFL ont introduit l'optovolution. Publiée dans Cell le 9 mars 2026, l'étude détaille comment la lumière oriente l'évolution des protéines pour des fonctions dynamiques. En utilisant la levure gemmante Saccharomyces cerevisiae, les chercheurs ont redessiné le cycle cellulaire de sorte que la division dépende de la capacité d'une protéine à alterner entre états actif et inactif. Un régulateur lié à la protéine contrôle le cycle : essentiel dans une phase mais toxique dans une autre. Les protéines qui ne commutent pas correctement bloquent ou tuent la cellule. L'optogénétique délivre des impulsions lumineuses temporisées pour alterner les états, chaque cycle de 90 minutes testant les performances. Les protéines performantes permettent la survie et la reproduction, automatisant la sélection sans intervention manuelle. L'optovolution a produit 19 variantes d'un facteur de transcription contrôlé par la lumière, présentant une sensibilité accrue à la lumière, une activité réduite dans l'obscurité ou une réponse à la lumière verte — un défi pour les couleurs plus chaudes. Elle a également permis d'évoluer un système à lumière rouge indépendant de cofacteurs chimiques, grâce à une mutation désactivant une protéine de transport de la levure pour utiliser des molécules internes. Par ailleurs, l'équipe a créé un facteur de transcription agissant comme une porte logique, activant les gènes uniquement en présence simultanée de signaux lumineux et chimiques. Cela permet aux protéines de détecter les changements, de prendre des décisions au niveau cellulaire et de contrôler la division, ouvrant des perspectives en biologie synthétique, biotechnologie et recherche évolutive. Les contributeurs incluent le Laboratoire d'ingénierie des protéines et des cellules de l'EPFL, l'Université de Bayreuth et l'Hôpital universitaire de Lausanne. La référence de la revue est Vojislav Gligorovski et al., 'Light-directed evolution of dynamic, multi-state, and computational protein functionalities,' Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.002.
