0:00:00.000,0:00:03.000
J'ai pensé vous parler un peu de la façon dont la nature crée des matériaux.

0:00:03.000,0:00:05.000
J'ai apporté avec moi une coquille d'ormeau.

0:00:05.000,0:00:08.000
Cette coquille d'ormeau est un matériau biocomposite

0:00:08.000,0:00:11.000
c'est 98 % en masse de carbonate de calcium

0:00:11.000,0:00:13.000
et 2% en masse de protéines.

0:00:13.000,0:00:15.000
Pourtant, elle est 3 000 fois plus résistante

0:00:15.000,0:00:17.000
que son homologue géologique.

0:00:17.000,0:00:20.000
Et beaucoup de gens peuvent utiliser des structures comme les coquilles d'ormeau,

0:00:20.000,0:00:22.000
comme de la craie.

0:00:22.000,0:00:24.000
Je suis fascinée par la façon dont la nature crée des matériaux,

0:00:24.000,0:00:26.000
et il y a beaucoup de séquence

0:00:26.000,0:00:28.000
dans la façon dont ils font un travail délicat.

0:00:28.000,0:00:30.000
C'est en partie parce que ces matériaux

0:00:30.000,0:00:32.000
ont des structures macroscopiques,

0:00:32.000,0:00:34.000
mais ils sont formés à l'échelle nanométrique.

0:00:34.000,0:00:36.000
Ils sont formés à l'échelle nanométrique,

0:00:36.000,0:00:39.000
et ils utilisent des protéines qui sont codées au niveau génétique

0:00:39.000,0:00:42.000
qui leur permettent de construire ces structures vraiment délicates.

0:00:42.000,0:00:44.000
Donc, je pense que c'est vraiment fascinant

0:00:44.000,0:00:47.000
de se demander si on pourrait donner vie

0:00:47.000,0:00:49.000
à des structures inertes,

0:00:49.000,0:00:51.000
comme les piles et comme les cellules photovoltaïques.

0:00:51.000,0:00:53.000
Et si elles avaient quelques-unes des capacités

0:00:53.000,0:00:55.000
d'une coquille d'ormeau,

0:00:55.000,0:00:57.000
en termes de capacité

0:00:57.000,0:00:59.000
à construire des structures vraiment délicates

0:00:59.000,0:01:01.000
à température et pression ambiantes,

0:01:01.000,0:01:03.000
en utilisant des produits chimiques non-toxiques

0:01:03.000,0:01:06.000
et en ne rejetant aucune matière toxique dans l'environnement?

0:01:06.000,0:01:09.000
Voilà donc la vision à laquelle j'ai réfléchi.

0:01:09.000,0:01:11.000
Et donc si on pouvait faire pousser une batterie dans une boîte de Petri?

0:01:11.000,0:01:14.000
Ou, si on pouvait donner des informations génétiques à une batterie

0:01:14.000,0:01:16.000
afin qu'elle puisse effectivement devenir meilleure

0:01:16.000,0:01:18.000
en fonction du temps,

0:01:18.000,0:01:20.000
et le faire d'une manière respectueuse de l'environnement?

0:01:20.000,0:01:23.000
Et donc, pour revenir à cette coquille d'ormeau,

0:01:23.000,0:01:25.000
en plus d'être nano-structurée,

0:01:25.000,0:01:27.000
une chose fascinante,

0:01:27.000,0:01:29.000
c'est quand un mâle et une femelle ormeau se réunissent,

0:01:29.000,0:01:31.000
ils transmettent les informations génétiques

0:01:31.000,0:01:34.000
qui disent: "Voilà comment construire un matériau délicat.

0:01:34.000,0:01:36.000
Voici comment le faire à température et pression ambiantes,

0:01:36.000,0:01:38.000
en utilisant des matériaux non-toxiques. "

0:01:38.000,0:01:41.000
Même avec des diatomées, qu'on voit ici, qui sont des structures de verre.

0:01:41.000,0:01:43.000
Chaque fois que les diatomées se répliquent,

0:01:43.000,0:01:45.000
elles donnent des informations génétiques qui disent:

0:01:45.000,0:01:47.000
"Voici comment construire du verre dans l'océan

0:01:47.000,0:01:49.000
qui soit parfaitement nano-structuré.

0:01:49.000,0:01:51.000
Et vous pouvez le refaire, encore et encore. "

0:01:51.000,0:01:53.000
Alors, si l'on pouvait faire la même chose

0:01:53.000,0:01:55.000
avec une cellule phovoltaïque ou une batterie?

0:01:55.000,0:01:58.000
Je tiens à dire mon biomatériau préféré est mon enfant de quatre ans.

0:01:58.000,0:02:01.000
Mais quiconque a déjà eu, ou connait, de jeunes enfants

0:02:01.000,0:02:04.000
sait qu'ils sont des organismes incroyablement complexes.

0:02:04.000,0:02:06.000
Et si vous voulez les convaincre

0:02:06.000,0:02:08.000
de faire quelque chose qu'ils ne veulent pas faire, c'est très difficile.

0:02:08.000,0:02:11.000
Donc, quand on pense aux technologies de l'avenir,

0:02:11.000,0:02:13.000
nous pensons en fait à utiliser des bactéries et des virus,

0:02:13.000,0:02:15.000
des organismes simples.

0:02:15.000,0:02:17.000
Peut-on les convaincre de travailler avec une nouvelle boîte à outils,

0:02:17.000,0:02:19.000
afin qu'ils puissent construire une structure

0:02:19.000,0:02:21.000
qui sera importante pour moi?

0:02:21.000,0:02:23.000
En outre, nous réfléchissons aux technologies de l'avenir.

0:02:23.000,0:02:25.000
Nous commençons par l'origine de la Terre.

0:02:25.000,0:02:27.000
En gros, il a fallu un milliard d'années

0:02:27.000,0:02:29.000
pour qu'il y ait de la vie sur Terre.

0:02:29.000,0:02:31.000
Et très rapidement, les êtres vivants sont devenus multi-cellulaires,

0:02:31.000,0:02:34.000
ils ont pu se répliquer, utiliser la photosynthèse

0:02:34.000,0:02:36.000
comme un moyen de récupérer leur source d'énergie.

0:02:36.000,0:02:38.000
Mais il y a seulement environ 500 millions d'années -

0:02:38.000,0:02:40.000
au cours de la période cambrienne -

0:02:40.000,0:02:43.000
que les organismes dans l'océan ont commencé à créer des matériaux durs.

0:02:43.000,0:02:46.000
Avant cela, c'étaient des structures toutes molles, moelleuses.

0:02:46.000,0:02:48.000
Et c'est pendant cette période

0:02:48.000,0:02:50.000
qu'il y a eu plus de calcium et de fer

0:02:50.000,0:02:52.000
et de silicium dans l'environnement.

0:02:52.000,0:02:55.000
Et les organismes ont appris à faire des matériaux durs.

0:02:55.000,0:02:57.000
Et c'est ce que je voudrais être en mesure de le faire -

0:02:57.000,0:02:59.000
convaincre la biologie

0:02:59.000,0:03:01.000
de travailler avec le reste du tableau périodique.

0:03:01.000,0:03:03.000
Maintenant, si vous regardez la biologie,

0:03:03.000,0:03:05.000
il y a de nombreuses structures comme l'ADN et les anticorps

0:03:05.000,0:03:07.000
et les protéines et les ribosomes dont vous avez entendu parler

0:03:07.000,0:03:09.000
qui sont déjà nano-structurés.

0:03:09.000,0:03:11.000
Donc la nature nous donne déjà

0:03:11.000,0:03:13.000
des structures vraiment délicates à l'échelle nanométrique.

0:03:13.000,0:03:15.000
Et si nous pouvions les mettre à profit

0:03:15.000,0:03:17.000
et les convaincre de ne pas être un anticorps

0:03:17.000,0:03:19.000
qui fasse quelque chose comme le VIH?

0:03:19.000,0:03:21.000
Mais si on pouvait les convaincre

0:03:21.000,0:03:23.000
de construire une cellule photovoltaïque pour nous?

0:03:23.000,0:03:25.000
Alors voici quelques exemples: ce sont quelques coquilles naturelles.

0:03:25.000,0:03:27.000
Il existe des matériaux naturels biologiques.

0:03:27.000,0:03:29.000
La coquille d'ormeau ici - et si vous la fracturez,

0:03:29.000,0:03:31.000
vous pouvez voir le fait que c'est nano-structuré.

0:03:31.000,0:03:34.000
Il y a des diatomées fabriquées à partir de SiO2,

0:03:34.000,0:03:36.000
et ce sont des bactéries magnétotactiques

0:03:36.000,0:03:39.000
qui font de petits aimants à domaine unique utilisés pour la navigation.

0:03:39.000,0:03:41.000
Ce qu'ils ont tous en commun

0:03:41.000,0:03:43.000
c'est que ces matériaux sont structurés à l'échelle nanométrique,

0:03:43.000,0:03:45.000
et qu'ils ont une séquence d'ADN

0:03:45.000,0:03:47.000
qui code une séquence protéique,

0:03:47.000,0:03:49.000
qui leur donne le plan

0:03:49.000,0:03:51.000
pour qu'ils puissent construire ces structures vraiment merveilleuses.

0:03:51.000,0:03:53.000
Maintenant, pour revenir à la coquille d'ormeau,

0:03:53.000,0:03:56.000
l'ormeau fait cette coquille grâce à ces protéines.

0:03:56.000,0:03:58.000
Ces protéines sont très chargées négativement.

0:03:58.000,0:04:00.000
Et elles peuvent tirer du calcium de l'environnement,

0:04:00.000,0:04:03.000
appliquer une couche de calcium, puis du carbonate, du calcium et du carbonate.

0:04:03.000,0:04:06.000
Il a les séquences chimiques des acides aminés

0:04:06.000,0:04:08.000
qui disent: "C'est comme ça qu'on construit la structure.

0:04:08.000,0:04:10.000
Voici la séquence d'ADN, voici la séquence de la protéine

0:04:10.000,0:04:12.000
pour le faire. "

0:04:12.000,0:04:15.000
Et donc une idée intéressante est, si vous pouviez prendre n'importe quel matériau,

0:04:15.000,0:04:17.000
ou tout autre élément du tableau périodique,

0:04:17.000,0:04:20.000
et trouver sa séquence d'ADN correspondante,

0:04:20.000,0:04:22.000
et puis le coder en une séquence de protéine correspondante

0:04:22.000,0:04:25.000
pour construire une structure, mais pas une coquille d'ormeau -

0:04:25.000,0:04:27.000
construire quelque chose avec quoi, parmi toute la nature,

0:04:27.000,0:04:30.000
il n'a jamais encore eu l'occasion de travailler .

0:04:30.000,0:04:32.000
Et voici donc le tableau périodique.

0:04:32.000,0:04:34.000
Et j'adore vraiment le tableau périodique.

0:04:34.000,0:04:37.000
Chaque année pour la classe de première année entrant au MIT,

0:04:37.000,0:04:39.000
je fais un tableau périodique qui dit:

0:04:39.000,0:04:42.000
"Bienvenue au MIT. Maintenant vous êtes dans votre élément."

0:04:42.000,0:04:45.000
Et vous le retournez, et c'est les acides aminés

0:04:45.000,0:04:47.000
avec le PH auquel ils ont des charges différentes.

0:04:47.000,0:04:50.000
Et donc je le donne à des milliers de personnes.

0:04:50.000,0:04:52.000
Et je sais qu'il y a écrit MIT, et ici c'est Caltech,

0:04:52.000,0:04:54.000
mais j'en ai quelques-uns en plus si quelqu'un en veut.

0:04:54.000,0:04:56.000
Et j'ai vraiment eu de la chance

0:04:56.000,0:04:58.000
que le président Obama visite mon laboratoire cette année

0:04:58.000,0:05:00.000
lors de sa visite au MIT,

0:05:00.000,0:05:02.000
et je voulais vraiment lui donner un tableau périodique.

0:05:02.000,0:05:04.000
J'ai donc veillé tard, et j'ai parlé à mon mari,

0:05:04.000,0:05:07.000
"Comment puis-je donner au président Obama un tableau périodique?

0:05:07.000,0:05:09.000
Que faire s'il dit, 'Oh, j'en ai déjà un, '

0:05:09.000,0:05:11.000
ou, 'je l'ai déjà mémorisé ?"

0:05:11.000,0:05:13.000
Et il est venu visiter mon laboratoire

0:05:13.000,0:05:15.000
et il a regardé autour de lui - ce fut une excellente visite.

0:05:15.000,0:05:17.000
Et puis après, j'ai dit,

0:05:17.000,0:05:19.000
"Monsieur, je veux vous donner le tableau périodique

0:05:19.000,0:05:23.000
pour le jour où vous seriez dans une impasse et devriez calculer un poids moléculaire. "

0:05:23.000,0:05:25.000
Et j'ai pensé que poids moléculaire sonnait beaucoup moins ringard

0:05:25.000,0:05:27.000
que masse molaire.

0:05:27.000,0:05:29.000
Et il l'a regardé,

0:05:29.000,0:05:31.000
Et il a dit:

0:05:31.000,0:05:33.000
"Je vous remercie. Je vais le regarder périodiquement."

0:05:33.000,0:05:35.000
(Rires)

0:05:35.000,0:05:39.000
(Applaudissements)

0:05:39.000,0:05:42.000
Et plus tard dans une conférence qu'il a donnée sur l'énergie propre,

0:05:42.000,0:05:44.000
il l'a sorti et a dit:

0:05:44.000,0:05:46.000
"Et les gens au MIT, ils donnent des tableaux périodiques".

0:05:46.000,0:05:49.000
Donc, en gros, ce que je ne vous ai pas dit

0:05:49.000,0:05:52.000
c'est qu'il y a près de 500 millions d'années, les organismes ont commencé à fabriquer des matériaux,

0:05:52.000,0:05:54.000
mais il leur a fallu environ 50 millions d'années pour devenir bons.

0:05:54.000,0:05:56.000
Il leur a fallu environ 50 millions d'années

0:05:56.000,0:05:58.000
pour apprendre à parfaire la manière de faire cette coquille d'ormeau.

0:05:58.000,0:06:00.000
Et c'est difficile à vendre à un étudiant diplômé.

0:06:00.000,0:06:03.000
"J'ai ce grand projet -. 50 millions d'années"

0:06:03.000,0:06:05.000
Et nous avons donc dû développer une façon

0:06:05.000,0:06:07.000
d'essayer de le faire plus rapidement.

0:06:07.000,0:06:09.000
Et donc nous utilisons un virus qui est un virus non-toxique

0:06:09.000,0:06:11.000
appelé bactériophage M13

0:06:11.000,0:06:13.000
dont c'est le travail d'infecter les bactéries.

0:06:13.000,0:06:15.000
Eh bien, il a une structure ADN simple

0:06:15.000,0:06:17.000
que vous pouvez couper et y coller

0:06:17.000,0:06:19.000
des séquences d'ADN supplémentaires.

0:06:19.000,0:06:21.000
Et ce faisant, il permet au virus

0:06:21.000,0:06:24.000
d'exprimer des séquences de protéines aléatoires.

0:06:24.000,0:06:26.000
Et cela est de la biotechnologie assez facile .

0:06:26.000,0:06:28.000
Et vous pourriez le faire en gros un milliard de fois.

0:06:28.000,0:06:30.000
Et donc vous pouvez obtenir un milliard de virus différents

0:06:30.000,0:06:32.000
qui sont tous génétiquement identiques,

0:06:32.000,0:06:34.000
mais ils diffèrent les uns des autres en fonction de leurs terminaisons,

0:06:34.000,0:06:36.000
sur une séquence

0:06:36.000,0:06:38.000
qui code une protéine.

0:06:38.000,0:06:40.000
Maintenant si vous prenez tous les milliards de virus,

0:06:40.000,0:06:42.000
et vous pouvez les mettre dans une goutte de liquide,

0:06:42.000,0:06:45.000
vous pouvez les forcer à interagir avec tout ce que vous voulez sur le tableau périodique.

0:06:45.000,0:06:47.000
Et à travers un processus d'évolution de sélection,

0:06:47.000,0:06:50.000
vous pouvez en tirer un sur un milliard qui fait quelque chose que vous aimeriez qu'il fasse,

0:06:50.000,0:06:52.000
comme de cultiver une batterie ou développer une cellule photovoltaïque.

0:06:52.000,0:06:55.000
Donc, en gros, les virus ne peuvent pas se reproduire, ils ont besoin d'un hôte.

0:06:55.000,0:06:57.000
Une fois que vous trouvez celui sur un milliard,

0:06:57.000,0:06:59.000
vous en infectez une bactérie,

0:06:59.000,0:07:01.000
et vous faites des millions et des milliards de copies

0:07:01.000,0:07:03.000
de cette séquence particulière.

0:07:03.000,0:07:05.000
Et ce qu'il y a aussi de beau dans la biologie

0:07:05.000,0:07:07.000
c'est que la biologie vous donne des structures vraiment délicates

0:07:07.000,0:07:09.000
avec de belles échelles de connexion.

0:07:09.000,0:07:11.000
Et ces virus sont longs et maigres,

0:07:11.000,0:07:13.000
et nous pouvons les amener à exprimer la capacité

0:07:13.000,0:07:15.000
à développer quelque chose comme les semi-conducteurs

0:07:15.000,0:07:17.000
ou des matériaux pour les batteries.

0:07:17.000,0:07:20.000
Maintenant, voici d'une batterie haute puissance que nous avons développée dans mon laboratoire.

0:07:20.000,0:07:23.000
Nous avons conçu un virus pour ramasser des nanotubes de carbone.

0:07:23.000,0:07:25.000
Donc, une partie du virus attrape un nanotube de carbone.

0:07:25.000,0:07:27.000
L'autre partie du virus a une séquence

0:07:27.000,0:07:30.000
qui peut développer un matériau d'électrode pour une batterie.

0:07:30.000,0:07:33.000
Et puis il se connecte lui-même au courant collecteur.

0:07:33.000,0:07:35.000
Et donc à travers un processus d'évolution de sélection,

0:07:35.000,0:07:38.000
nous sommes passés d'un virus qui créait une batterie minable

0:07:38.000,0:07:40.000
à un virus qui fait une bonne batterie

0:07:40.000,0:07:43.000
à un virus qui a fait une batterie de forte puissance qui bat des records

0:07:43.000,0:07:46.000
le tout, fait à température ambiante, essentiellement sur la paillasse.

0:07:46.000,0:07:49.000
Et cette batterie est allée à la Maison Blanche pour une conférence de presse.

0:07:49.000,0:07:51.000
Je l'ai amenée ici.

0:07:51.000,0:07:54.000
Vous pouvez le voir dans cette boite - elle éclaire ce LED.

0:07:54.000,0:07:56.000
Maintenant, si nous pouvions en augmenter l'échelle,

0:07:56.000,0:07:58.000
vous pourriez effectivement l'utiliser

0:07:58.000,0:08:00.000
pour faire fonctionner votre Prius,

0:08:00.000,0:08:03.000
ce qui est mon rêve - pouvoir conduire une voiture à propulsion virus.

0:08:04.000,0:08:06.000
Mais il s'agit essentiellement -

0:08:06.000,0:08:09.000
vous pouvez tirer un sur un milliard.

0:08:09.000,0:08:11.000
Vous pouvez l'amplifier beaucoup

0:08:11.000,0:08:13.000
En gros, vous faites une amplification dans le laboratoire.

0:08:13.000,0:08:15.000
Et puis, vous le faites s'auto-assembler

0:08:15.000,0:08:17.000
en une structure semblable à une batterie.

0:08:17.000,0:08:19.000
Nous sommes en mesure de le faire aussi par catalyse.

0:08:19.000,0:08:21.000
C'est l'exemple

0:08:21.000,0:08:23.000
du fractionnement photocatalytique de l'eau.

0:08:23.000,0:08:25.000
Et ce que nous avons pu faire

0:08:25.000,0:08:28.000
c'est concevoir un virus pour qu'il prenne des molécules qui absorbent les colorants

0:08:28.000,0:08:30.000
et les aligne sur la surface du virus

0:08:30.000,0:08:32.000
pour qu'il agisse comme une antenne,

0:08:32.000,0:08:34.000
et vous obtenez un transfert d'énergie à travers le virus.

0:08:34.000,0:08:36.000
Et puis on lui donne un second gène

0:08:36.000,0:08:38.000
pour développer un matériau inorganique

0:08:38.000,0:08:40.000
qui puisse être utilisé pour décomposer l'eau

0:08:40.000,0:08:42.000
en oxygène et en hydrogène,

0:08:42.000,0:08:44.000
qui puisse être utilisé pour des carburants propres.

0:08:44.000,0:08:46.000
Et j'en ai apporté avec moi un exemple aujourd'hui.

0:08:46.000,0:08:48.000
Mes étudiants m'ont promis que ça marcherait.

0:08:48.000,0:08:50.000
Ce sont des nanofils assemblés par des virus.

0:08:50.000,0:08:53.000
Lorsque vous les mettez sous la lumière, vous les voyez faire des bulles.

0:08:53.000,0:08:56.000
Dans le cas présent, vous voyez des bulles d'oxygène sortir..

0:08:57.000,0:09:00.000
Et dans le fond en contrôlant les gènes,

0:09:00.000,0:09:03.000
vous pouvez contrôler des matériaux multiples pour améliorer les performances de votre appareil.

0:09:03.000,0:09:05.000
Le dernier exemple sont des cellules photovoltaïques.

0:09:05.000,0:09:07.000
Vous pouvez aussi le faire avec des cellules photovoltaïques.

0:09:07.000,0:09:09.000
Nous avons été en mesure de concevoir des virus

0:09:09.000,0:09:11.000
pour ramasser des nanotubes de carbone

0:09:11.000,0:09:15.000
et ensuite générer du dioxyde de titane autour -

0:09:15.000,0:09:19.000
et les utiliser pour obtenir des électrons à travers le dispositif.

0:09:19.000,0:09:21.000
Et ce que nous avons constaté c'est que, grâce au génie génétique,

0:09:21.000,0:09:23.000
on peut vraiment augmenter

0:09:23.000,0:09:26.000
l'efficacité de ces cellules photovoltaïques

0:09:26.000,0:09:28.000
pour enregistrer les chiffres

0:09:28.000,0:09:31.000
pour ces types de systèmes sensibles aux colorants.

0:09:31.000,0:09:33.000
Et j'en ai apporté un aussi

0:09:33.000,0:09:36.000
pour que vous puissiez jouer avec à l'extérieur par la suite.

0:09:36.000,0:09:38.000
Il s'agit donc d'une cellule photovoltaïque à base de virus.

0:09:38.000,0:09:40.000
Grâce à l'évolution et la sélection,

0:09:40.000,0:09:43.000
nous l'avons fait passer d'une cellule solaire à 8 % d'efficacité

0:09:43.000,0:09:46.000
à une cellule à 11 % d'efficacité.

0:09:46.000,0:09:48.000
J'espère donc que je vous ai convaincus

0:09:48.000,0:09:51.000
qu'il y a beaucoup de grandes choses intéressantes à apprendre

0:09:51.000,0:09:53.000
sur comment la nature crée les matériaux -

0:09:53.000,0:09:55.000
et en l'amenant à l'étape suivante

0:09:55.000,0:09:57.000
pour voir si on peut forcer,

0:09:57.000,0:09:59.000
ou si on peut profiter de la manière dont la nature crée les matériaux,

0:09:59.000,0:10:02.000
pour créer des choses que la nature n'a pas encore rêvé de créer.

0:10:02.000,0:10:04.000
Merci.