Des bactéries mutantes iridescentes pourraient fournir toute une nouvelle palette de couleurs!
Quand une couleur semble changer en fonction de l’angle sous lequel on la regarde, on dit qu’elle est iridescente. Tandis que les pigments produisent des couleurs via un mécanisme appelé l’absorption (ils absorbent une partie du spectre visible et ce qui n’est pas absorbé donne sa couleur à l’objet observé), les couleurs structurelles sont obtenues en structurant des matériaux à l’échelle de la longueur d’onde de la lumière visible. De telles colorations iridescentes peuvent ainsi changer de ton ou d’intensité lumineuse en fonction de l’angle de vue, un des exemples les plus classiques est celui de la nacre qui revêt les coquilles d’huître. Les structures photoniques naturelles présentent bien des difficultés, notamment lorsqu’il s’agit de les modéliser. Elles sont fortement hiérarchisées, ce qui signifie que leurs caractéristiques sont dispersées sur plusieurs échelles, et elles sont généralement soumises au désordre. Pour réduire la complexité et expliquer la plupart des couleurs de la nature, le projet LODIS (Looking through disorder), financé par l’UE, a mis au point des outils d’analyse et de simulation destinés à améliorer notre compréhension des structures photoniques désordonnées. L’équipe du projet LODIS a mis l’accent sur l’impact du désordre sur les propriétés optiques des structures photoniques. «Dans beaucoup de systèmes naturels, les nano-structures produisant de la couleur sont intrinsèquement désordonnées. Le désordre peut nuire aux forts effets d’interférence dans les systèmes optiques, mais il peut également permettre d’accroître la diversité des rendus visuels,» explique la coordinatrice du projet, la Dr. Silvia Vignolini. Dans le cadre du projet et avec l’objectif d’illustrer l’impact du désordre, l’équipe a produit une vidéo qui montre comment les couleurs des bactéries marines iridescentes se modifient. L’explication par les mutants Les chercheurs ont mis en place une ligne de recherche reconnue au niveau international qui a contribué à faire évoluer de manière remarquable notre compréhension des solutions auxquelles recourent les systèmes vivants pour former des architectures photoniques complexes dans la nature. «La suite consistera à comprendre comment de tels principes de conception naturels peuvent être exploités pour fabriquer de nouveaux matériaux optiques avec des techniques durables,» souligne la Dr. Vignolini. En regardant au microscope électronique des bactéries mutantes pas plus grandes que deux millionièmes de mètre, les chercheurs ont pu observer ce qui se passait: l’organisation des bactéries était responsable de la couleur de la colonie. Les pistes génétiques qui sous-tendent le contrôle d’une myriade de couleurs dans une nouvelle souche du genre Flavobacterium ont été cartographiées. En modifiant leurs gènes, les chercheurs ont montré que les couleurs autant que les propriétés de diffusion de la lumière pouvaient être contrôlées. Quand l’interférence devient constructive L’explication repose sur le principe d’un processus physique appelé "interférence constructive". On la définit de manière stricte comme la production par deux ondes ou plus, de phase et de fréquence équivalentes, d’une unique longueur d’onde égale à la somme des deux premières. «Dans les bactéries marines colorées, ce phénomène produit une “réflectance colorée”, explique un des membres de l’équipe de recherche, le Dr. Villads Egede Johansen, post-doctorant. «Dit simplement, la couleur que vous voyez est le résultat de la réflexion de la lumière sur les bactéries en forme de tige, disposées d’une certaine manière, et non d’un pigment. Si vous désorganisez le motif, d’un simple mouvement d’öse, la couleur disparait!» Les mutants créés varient de par la longueur et le diamètre de leurs cellules en forme de tige ou encore de par leur habilité à se mouvoir. L’équipe a montré comment il était possible de contrôler la couleur et les propriétés de diffusion des organismes vivants en modifiant leurs gènes. «Ces travaux représentent une avancée majeure dans le domaine: alors que jusqu’ici les recherches se sont focalisées sur la caractérisation optique des organismes structurellement colorés, personne n’avait encore étudié les pistes génétiques qui sous-tendent la coloration structurelle des organismes vivants,» souligne la Dr. Vignolini. Bien reçus à la fois par la communauté scientifique et par la presse, ces travaux ont été publiés dans le journal à forte visibilité PNAS. Les prochaines étapes pour parvenir à exploiter le pouvoir de la biologie des couleurs Pour l’équipe, il est fondamental de continuer les recherches, et les membres cherchent activement de nouveaux financements. Actuellement, le bailleur de fonds du Royaume-Uni, BBSRC, spécialisé en projets dans le domaine de la bioscience du futur, finance un doctorant pour qu’il continue les recherches. Encore beaucoup de résultats enthousiasmants sont à prévoir. «Imaginez les applications potentielles de cette technologie: des cosmétiques irisés biodégradables et des peintures à base de bactéries qui grandiraient en une journée et avec lesquelles on pourrait peindre des murs ou des voitures,» résume la Dr. Vignolini.
Mots‑clés
LODIS, couleur, iridescent, structures photoniques, pigment
