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La recette d'une membrane cellulaire artificielle : c'est facile !

Que les passionnés de biologie synthétique se réjouissent, ils pourraient parvenir à recréer une étape clé de l’origine de la vie dans… leur cuisine. Deux chercheurs viennent de synthétiser une membrane composée d’une bicouche phospholipidique en mélangeant de l’huile, un détergent et du cuivre. L'objectif étant de comprendre les mécanismes responsables de l’apparition des membranes cellulaires à l'origine de la vie.

La membrane cellulaire ne se compose pas uniquement de phosphoglycérolipides. De nombreuses protéines sont soit partiellement soit totalement enchâssées dedans. Le cholestérol joue un grand rôle dans la fluidité de la membrane. Grâce à sa perméabilité sélective, elle régule aussi les échanges entre les milieux intracellulaire et extracellulaire. © LadyofHats, DP La membrane cellulaire ne se compose pas uniquement de phosphoglycérolipides. De nombreuses protéines sont soit partiellement soit totalement enchâssées dedans. Le cholestérol joue un grand rôle dans la fluidité de la membrane. Grâce à sa perméabilité sélective, elle régule aussi les échanges entre les milieux intracellulaire et extracellulaire. © LadyofHats, DP

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L’origine de la vie intrigue. De nombreux chercheurs rêvent certainement d’être les premiers à recréer intégralement une cellule vivante à partir de composés moléculaires. En 2007, John Craig Venter avait remplacé par un autre le génome entier d'un mycoplasme et, en 2010, affirmait avoir recréé « la première cellule vivante synthétique ». Derrière cet effet d’annonce exagéré, ce chercheur voulait présenter des résultats surprenants : il était parvenu à synthétiser le génome d’un mycoplasme (582.970 paires de bases). Injecté dans une autre espèce de mycoplasme, cet ADN s’était avéré parfaitement fonctionnel.

Produire de l’ADN ne suffit pas pour engendrer une cellule synthétique. Les unités fonctionnelles de la vie se composent de bien d’autres choses. La membrane plasmique, par exemple, marque une démarcation entre la cellule et son environnement. Elle est principalement composée de phosphoglycérolipides. Ces molécules ont la caractéristique d’avoir une tête hydrophile et une queue hydrophobe. Dans l’eau, elles s’assemblent spontanément pour former une double couche. Les parties hydrophobes sont alors isolées à l'intérieur de la membrane, sans contact avec l'eau.

La nature utilise des enzymes enchâssées dans la membrane pour parvenir à unir des chaînes lipides hydrophobes lors de la synthèse des phosphoglycérolipides. L'étude de ce mécanisme permet difficilement de comprendre comment les premières parois cellulaires sont apparues.

Neal Devaraj, de l’université de Californie, et Itay Budin, de l’université d’Harvard, ont cherché à fabriquer des molécules pouvant s’autoassembler en une membrane sans précurseur biologique. Ils y sont parvenus en utilisant… de l’huile, un détergent et du cuivre. Des ingrédients disponibles en supermarché !

Leurs travaux sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society.

Pour fabriquer une membrane phospholipidique, c'est simple. Mélangez de l'huile (en vert) et du détergent (en bleu). Ajoutez des ions de cuivre (Cu). Enfin, patientez 24 heures. Lorsque l’huile a disparu, c’est prêt ! © Budin & Devaraj 2012, Journal of the American Chemical Society
Pour fabriquer une membrane phospholipidique, c'est simple. Mélangez de l'huile (en vert) et du détergent (en bleu). Ajoutez des ions de cuivre (Cu). Enfin, patientez 24 heures. Lorsque l’huile a disparu, c’est prêt ! © Budin & Devaraj 2012, Journal of the American Chemical Society

Faire apparaître une pseudomembrane cellulaire : facile !

L’huile et le détergent ont été mélangés au sein d’une émulsion aqueuse. Aucune réaction n’a été observée. Des ions de cuivre ont alors été ajoutés. Dès ce moment, des vésicules ont commencé à bourgeonner à la surface des gouttes d’huile. Vingt-quatre heures plus tard, l'huile avait disparu, totalement consommée pour former une membrane de synthèse autoassemblée.

Neal Devaraj et Itay Budin ont donc développé une nouvelle réaction unissant deux chaînes de lipides (une de l'huile et une du détergent) au sein d’une molécule amphipathique (avec un pôle hydrophile et un autre hydrophobe), en utilisant un ion métallique comme catalyseur.

Les auteurs précisent que cette réaction est totalement artificielle. Elle n’a pas d’équivalent biologique. L'objectif était simplement d'observer la formation de membrane dans le but de comprendre leur apparition à l’origine de la vie. Ils ajoutent néanmoins qu’ils ont été surpris par la facilité et la rapidité avec lesquelles ils ont pu réaliser l’expérience.

Ce type d’expérience permet également de faire le point sur les connaissances qu’il manque pour parvenir à reconstruire une cellule synthétique. De nombreuses questions restent encore en suspens pour savoir comment de la matière non vivante a pu donner naissance à la vie.


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