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Softer Shock is an innovative project proposing a biological tool allowing the protection of vineyards from drought and frost.
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36 backers pledged €2,607 to help bring this project to life.

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€2,607

36

SOFTER SHOCK 

Vous êtes-vous déjà demandé ce qui rendait la France si unique ? Ce pourrait être ces champs idylliques de blé doré battant au gré du vent, ou encore ces paysages multicolores ayant inspiré les plus grands noms du 3ème art. Mais la France, c’est avant tout ce petit verre de vin pris en terrasse d'un café, qui nous donne cette impression de liberté ! Malheureusement, les vins français sont en danger ! La dérégulation du climat a des conséquences désastreuses sur les vignes depuis quelques années déjà. En 2016, 60% des vignobles français ont été endommagés par les gelées. Les gelées printanières entraînent la formation de cristaux de glace endommageant la vigne, tandis que les étés caniculaires entraînent une déshydratation importante. Pour résoudre ce problème, nous avons créé le projet Softer Shock ! Plus de vin en France ? Pas question !

Frozen vineyard in Indre-et-Loire, 2016
Frozen vineyard in Indre-et-Loire, 2016

 

Vineyard exposed to dryness in Bordeaux, 2016
Vineyard exposed to dryness in Bordeaux, 2016

Have you ever wondered what makes France so unforgettable? It could be those golden wheat crops flowing through the wind or the multicolored landscapes painted by all the great masters of the 3rd art. But above all, France means sitting on the patio at the corner’s coffeeshop with that little glass of wine, making you feel a bit of freedom ! However, French wines are in danger! Extreme climate changes have been putting France’s beautiful vineyards at risk for a few years now. Last year, 60% of french vineyards were destroyed due to frost. In order to tackle this issue, we launched the project Softer Shock ! Harsh spring frosts have led to ice crystals formation damaging vines, whereas summer heatwaves have left them completely dehydrated. No more wine in France? No way!

Pourquoi Softer Shock ?

Softer Shock est une solution biologique thermo-réactive permettant une réduction des stress thermiques subis par la plante. Ce système aura la capacité de s'adapter aux variations de températures pour protéger les vignes. Les micro-organismes contenus dans cette solution auront la propriété de produire différents composés selon la température extérieure. En-dessous de 15°C, des protéines "anti-gel" préviendront les dommages infligés à la plante par les cristaux de glace. Au-dessus de 37°C, un composé réflecteur de lumière limitera sa déshydratation.

Why Softer Shock ?

Softer Shock is a biological thermo-responsive solution, allowing a protective action that reduces the plant’s thermal stresses. This biological system will protect vines by adapting itself to temperature variations. Micro-organisms contained into this solution will be engineered so that they produce two different compounds according to the external temperature. Below 15°C, the secretion of “antifreeze proteins” will prevent frost damages. Above 37°C, a light reflecting compound will limit dehydration.

Notre construction bactérienne

Grâce à la biologie de synthèse, nous voulons créer des bactéries thermo-réactives. Pour cela, nous allons ajouter une toute nouvelle fonction à des bactéries faisant partie de l’écosystème naturel de la vigne.

Our Genetically Engineered Bacteria

Thanks to synthetic biology, we aim at creating thermo-reactive bacteria. To achieve this, we will add a brand new function to some bacteria that are part of the natural vine ecosystem.

Création d'un système “2 en 1” 

Afin que la bactérie protège les cultures contre le gel ou la déshydratation, nous lui ajoutons deux promoteurs, qui sont des régions de l'ADN situées à proximité d'un gène et indispensables à leur expression. Les promoteurs s’activent respectivement en-dessous et au-dessus d’un certain seuil de températures.

The creation of a “2 in 1” system

For the bacteria to protect crops from frost or dehydration, we are adding two promoters into it, which are DNA regions close to a gene and essential to their expression. These promoters are respectively activated below and above a certain temperature threshold.

 

Que se passera-t-il à l’échelle des bactéries soumises à des températures extrêmes ?

Celles-ci seront capables de produire des protecteurs biologiques adéquat en fonction des températures extrêmes extérieures ressenties. Ces composés agiront sur la surface de la plante, et limiteront soit la croissance des cristaux de glace soit la perte d’eau

What will happen at the bacterial level when exposed to extreme temperatures ?

They will be able to produce adapted biological protectors depending on the extreme temperatures felt outside. Those compounds will act on the plant’s surface, and either block the ice crystals formation or reduce the water loss.

Limitation et contrôle des risques

La sécurité occupe une place primordiale dans notre projet. Nous tenons à ce que notre système n’altère ni la plante elle-même, ni l’écosystème environnant, ni le goût unique du vin français ! Pour cela, nous avons élaboré un système de killswitch, ou “mort programmée”, qui empêchera toute présence de la bactérie lors de la récolte du raisin, et limitera sa dissémination dans l’environnement. 

Safety

Safety is an essential aspect of our project ! We want to ensure that our system does not alter the plant itself, neither the surrounding ecosystem nor the unique taste of french wine ! To achieve this, we elaborated a system of killswitch, or “programmed death”, that will allow the grapes to be free of any trace of bacteria at the time of harvest, and limit its dissemination in the environment. 

Modélisation moléculaire 

Notre projet comporte également une partie informatique avec la modélisation 3D qui nous permet de visualiser nos différents composants, et comment leurs structures sont modifiées en réponse aux différentes variations de températures.

Molecular modelling

Our project also includes a computer science part with 3D modelling, which allows us to visualize our different molecular components, and how their structures are modified according to the different temperature variations.

Aspect sociétal

"Aller au-delà du laboratoire!" Nous imaginons notre projet dans un contexte social et environnemental. Nous avons envoyé un sondage traduit en 7 langues dans le monde entier sur la perception des OGMs et de la biologie synthétique chez les scientifiques et les non scientifiques. Toutes les données seront open source et représentées sous forme de carte interactive. Nous sommes intervenus dans des écoles et lors d'événements pour discuter de notre projet, de la biologie synthétique et de l'iGEM. Pour avoir un projet plus complet et structuré, nous avons fait une étude de marché et sommes rentrés en contact avec des spécialistes comme des chercheurs dans les événements concernant le climat ou encore la microbiologie des plantes et des sols. Nous avons également échangé avec des équipes iGEM dans le monde entier, des pharmaciens pour de possibles études toxiques et écotoxiques et des vignerons afin de rendre notre système biologique le plus en accord possible avec la société et l'environnement. 

Human practices

Go beyond the lab!” We imagine our project in a social and environmental context. We sent a survey translated in 7 languages all over the world about GMOs perception and synthetic biology among scientists and non scientists. All data will be open source and represented into an interactive map. We gave several conferences for schools and events to talk about our project, synthetic biology and the iGEM. To have a more complete and structured project, we made a market report and we have been in contact with specialists such as researchers in climate repercussions and plants & soils microbiology. We also exchanged with iGEM teams all over the world, pharmacists for toxic and ecotoxic studies and winemakers in order to make our biological system the most appropriate for the society and the environment.

Feel free to complete our survey !

L'équipe Softer Shock - The Softer Shock Team

2017 iGEM IONIS team organization
2017 iGEM IONIS team organization

 

2017 iGEM IONIS Team Organigram
2017 iGEM IONIS Team Organigram

Domaines d'application & Développement futur

Nous voulons proposer une nouvelle approche biologique pour la protection des vignes, et plus généralement des cultures dans le monde entier. Les solutions existantes ne sont pas optimales car coûteuses, parfois polluantes et souvent peu efficaces.

Le but de notre projet est de prendre des mesures d’urgence pour lutter contre les répercussions engendrées par les changements climatiques, mais aussi de préserver les écosystèmes et les cépages en place. Nous voulons trouver le meilleur compromis entre les méthodes d’agriculture traditionnelles et la nôtre, tout en respectant l’environnement. 

Areas of application & Future development

We want to bring a novel biological approach to the protection of vines, and more generally of crops worldwide. The existing solutions are not optimal because of their high price or polluting effect, and their lack of efficiency.

Our project aims at taking emergency measures to fight against climate change’s repercussions, but also to preserve ecosystems and the current grape varieties. We want to find the best compromise between traditional agricultural methods and ours, while respecting the environment.

Qu'est-ce que l'iGEM ?

Notre projet est notamment réalisé dans le cadre de l’iGEM (International Genetically Engineered Machines), un concours international destiné aux étudiants, dans le domaine de la biologie synthétique. Cette compétition organisée chaque année depuis 2004 par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) rassemble des équipes du monde entier, ainsi que des scientifiques de renom et des médias internationaux. 

What is iGEM ?

Our project is part of the iGEM (International Genetically Engineered Machines), which is a student's international competition in the field of Synthetic Biology. It is organized annually since 2004 by the Massachusett's institute of Technology (MIT) in Boston and gathers each year thousands of students from the entire world along with influential scientists and international medias.

Ce qui a été fait ! - What has been done so far ! 

Research & Development

Laboratory experiments have begun!
Laboratory experiments have begun!

Modelling

Possible final state of one of our molecules found thanks to our modelling work
Possible final state of one of our molecules found thanks to our modelling work

Human Practice :

Human practice experiences & projects !
Human practice experiences & projects !

Where is the money going ?

Après la compétition

Au-delà de notre participation à l’iGEM, nous pensons que notre projet présente un réel intérêt pour l’agriculture. Les changements climatiques seront de plus en plus importants dans les années à venir, et les pertes de récoltes non négligeables. C’est pourquoi, si les résultats mesurés en laboratoire correspondent à nos attentes, ce projet étudiant pourra évoluer pour prendre une dimension professionnelle et se concrétiser en tant qu’application de la biologie de synthèse. Il pourra également être développé par des équipes étudiantes dans le cadre de projets innovants à Sup’Biotech. Des partenariats avec des entreprises privées et publiques sont envisagés pour nous suivre et nous soutenir dans le développement du projet.

After the competition    

Beyond our participation to the iGEM contest, we believe our project is of real interest in the agricultural sector. Climatic changes will be increasingly violent in the next years, involving significant yield losses. Therefore, if the results measured in the lab are as expected, this student initiative could evolve into a professional project, and thus be concretized as an application of synthetic biology. It could also be developed by student teams within Sup’Biotech’s innovative projects. We are considering partnerships with private and public companies to support us in the project’s development.

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Risks and challenges

L’un des plus grands défis de notre projet est l’optimisation de notre bactérie génétiquement optimisée. En effet, la réglementation française en vigueur n’autorise pas le relargage d’ADN modifié dans la nature : d’autres organismes pourraient intégrer ces nouvelles informations génétiques dans leur propre génome. Cependant, nous souhaitons empêcher cela grâce à la réalisation d’un « killswitch ». En effet, un « killswitch » est un mécanisme permettant de programmer la destruction de nos bactéries de manière précise, suite à une action qui leur serait létale. Ce système est mis en place car il n’est pas encore possible de prévoir avec exactitude comment l’organisme va se comporter une fois introduit dans un écosystème. Conscients de cette problématique, nous avons fait de la recherche d’un système de sécurité une priorité. Nous avons jusqu’à présent eu de nombreuses idées pour le mettre en place et certaines sont actuellement en cours d’approfondissement.

The optimisation of our genetically engineered bacteria is one of the biggest challenges of our project. Indeed, the current French regulation does not allow the dispersion of modified DNA into the wild: other organisms might integrate as well this new genetic information in their own genome. However, thanks to the realization of a “killswitch”, we aim at avoiding this case. Indeed, a “killswitch” is a mechanism that enables us to schedule the destruction of our bacteria in response to an action lethal for it. This system is implemented because it is not possible yet to foresee how the organism will behave once in an ecosystem. Aware of this problematic, we have made the search for a security system a priority. Some of our ideas our currently being furtherly developed.

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