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From 2010.igem.org

Contents 1 La Vision Générale 1.1 L'Idée 1.2 Le Nom 2 Les Détails du Projet 2.1 Reception 2.2 Emission 2.3 Application 3 Results

La Vision Générale

L'Idée

La Biologie Synthétique ouvre des nouvelles possibilités dans les domaines biologiques, telle la communication cellulaire. Dés son commencement et jusqu'à nous jours, celle-ci reposait sur le principe de la communication avec des messagers exclusivement chimiques. Ces messagers chimiques ont alors une portée limitée: même des messagers de portée assez longue comme les hormones, sont limités dans le système chimique qu'est le corps humain. Mais ce paradigme sera bientôt renversé.

Notre objectif dans ce projet s'agit de rendre la barrière chimique obsolète avec l'utilisation d'un messager non-chimique, c'est-à-dire des photons. Ceux-ci vont transporter l'information à communiquer entre des cellules spécialement modifiées équipées de deux habilitées: la perception et l'émission de la lumière. On va donc créer un nouvel système de photo-communication inter-cellulaire.

Nos messagers seront crées par des réactions de Bioluminescence, et ils seront assez capables de traverses des divers milieux. Logiquement, cela permet la propagation de l'information au-delà des restrictions chimiques, biologiques, et même spatiales. Du fait d'avoir un messager découplé du strate chimique, notre projet rend la communication assez facile entre des systèmes organiques, et des systèmes au silicium, tels les ordinateurs.

Le Nom

Vous avez sans doute reconnu le jeux de mots à l'origine du nom du projet. Le Wi-Fi est un standard de communication basé sur IEEE 802.11 très connu au monde. Non-officiellement, on pense Wi-Fi est né du Wireless Fidelity. Donc, parce que notre système permet la communication sans l'utilisation des fils, il est alors wireless. En ce qui concerne la fiabilité, on verra...

Or, avant de faire l'incursion au domaine du copyright, il faut clarifier deux aspects:

• Notre nom es WiFi, et non pas le Wi-Fi du [http://www.wi-fi.org/ Wi-Fi Alliance] (notez le trait d'union).
• D'autre part, une enquête rapide du [http://tess2.uspto.gov/ Système Électronique des Marques de Commerce], du Bureau des Patentes et des Marques de Commerce des États Unis a révèle que le mot WiFi était une marque de commerce en 2006, mais elle est listée comme "Morte" actuellement. C'est pour cela qu'on n'enfreint personne en utilisant WiFi.

Les Détails du Projet

On définit le phénomène de communication comme le transfert d'information par un moyen spécifique d'une entité émettrice à une entité réceptrice. Les entités biologiques dépendent des temps immémoriaux en messagers chimiques pour transmettre leurs informations. Cela est vrai tant pour des populations d'organismes unicellulaire, que pour des organismes multicellulaires. Parce que ce sont des messagers chimiques, ils sont alors contraints à l'intérieur d'un système chimique. C'est la raison pour laquelle même des messagers de portée longue comme des hormones ne dépassent pas le système chimique qu'est le corps humain.

Notre objectif dans ce projet s'agit de rendre la barrière chimique obsolète avec l'implémentation d'un système indépendant du strate chimique. Cela nous a conduit à l'utilisation d'un messager non-chimique, c'est-à-dire des photons. Nos moyens de communication reposent donc en lumière; des paquets des photons, ou des quanta énergétiques, vont transporter l'information à communiquer des entités réceptrices aux entités émettrices. Cela nous permet effectivement dépasser diverses barrières isolant nos entités. En conséquence, notre système de communication n'est plus contenu dans un système chimique, mais alors dans un système physique; c'est-à-dire qu'il faut qu'il reste un moyen physique pour que les photons soient transportés. Ce système physique peut donc être quelque chose de si complexe comme un dispositif de relai électronique à microcontrôleurs, comme quelque chose de si simple comme du vide. Or, ce strate physique est remarquablement étanche à la signalisation chimique. Donc, le bruit du fond chimique de notre système ne devra pas perturber significativement le strate des photons. En conséquence, on peut affirmer que l'échange d'information par moyens photoniques sera suffisamment indépendante de l'information endogène codée aux voies chimiques pour que le système marche correctement. Autrement dit, la voie photonique est extrêmement non-envahissante. En plus, nos entités réceptrices sont facilement transformées en entités émettrices. Donc, en utilisant nos cellules comme des châssis processeurs d'information, on arrive à augmenter les possibilités de communication énormément. On peut effectivement rendre nos constructions un système où l'information est:

• d'abord, codée et émise par un émetteur,
• puis, reçue et décodée par un récepteur,
• et finalement, traitée, transformée, et relayé de suite.

Notre ambitieuse implémentation repose sur des composants bien connus, principalement des ensembles bioluminescents de Photinus pyralis et Vibrio fischeri, des récepteurs photoactives comme les cyanobacteriochromes des Cyanobactéries, et des domaines Light-Oxygen-Voltage des certaines protéines chimériques. On veut donc approfondir sur le fait que certaines organismes, des unicellulaires tant que des multicellulaires, possèdent déjà des formes de photo-communication assez primitives. En plus, avec nos constructions l'information sera changée de strate (chimique à photonique et vice versa) à l'intérieur des cellules. En conséquence, les membranes qu'une fois étaient des barrières à la communication, seront transformées en isolants de bruit de fond. Avec le découplage du messager et du strate chimique, on rend possible tout un univers d'usages auparavant impossibles. On imagine des applications en neurobiologie, en couplage cybernétique, et même en télécommunications biologiques.

Reception

We plan on using a cyanobacteria phytochrome-like domain coupled to an EnvZ kinase to sense incoming red light and translate it into a signal detectable by the cell, in this case phosphorilated OmpR. This brilliant system was a construction known as [http://partsregistry.org/Coliroid Coliroid] for the 2004 iGEM by the University of Texas at Austin and UCSF iGEM team. This system acts as an <IF ! LIGHT> logic gate. We are contemplating the use of distinct assemblies to obtain a direct <IF LIGHT> logic gate.

Our second sensing device is based on another BioBrick Part: [http://partsregistry.org/Part:BBa_K191003 LOVtap]. This TF dimerizes when struck by blue light, thus activating the transcription of a determined promoter's coding sequence.

Our final input device is based on a newfound OmpR-like system of Synechocystis. This system uses a sensing protein (CcaS) than shows kinase activity when struck by green light. It then proceeds to phosphorilate a regulatroy TF (CcaR). This TF then starts transcription of its associated promoter's coding sequence.

Emission

We plan on using a mutated version of Photinus pyralis luciferase to generate red light. In addition, we will be using a newfound enzyme called Luciferin Regenerating Enzyme to recycle said substrate.

For the blue and green emissions, we will be using the Lux Operon from Vibrio fischeri. We plan on taking advantage of the lumazine BioBrick part to generate a blue-shifted light (around 450nm), as well as the LuxY of strain Y-1 to generate a red-shifted light (around 550nm).

Application

While glowing bacteria are nothing new, photo-communicating bacteria are something quite rare. We plan on using this advantage on several applications as a proof-of-principle. This may include an oscillator, a bio-cable, cell-phone-using bacteria, among others...

Results

(None yet... but check back soon!)