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Biologie synthétique : une cellule artificielle avec des organites fonctionnels

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Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à fabriquer une cellule contenant des organites capables de réaliser une chaîne de réactions chimiques. Une étape de plus vers l'élaboration d'une cellule eucaryote entièrement artificielle.

Les organismes eucaryotes possèdent de nombreuses cellules différentes, et nous sommes loin d’avoir élucidés tous leurs secrets. En fabriquant des cellules synthétiques, les chercheurs espèrent éclaircir une part du mystère. © Yorgos Nikas, Wellcome Images, Flickr, cc by nc nd 2.0

Depuis quelques années déjà, la biologie synthétique a fait son entrée dans les laboratoires de recherche. L'idée est la suivante : récréer intégralement une cellule vivante à partir d'éléments complétement artificiels. Par ce biais, les scientifiques espèrent mieux comprendre les systèmes biologiques et construire de nouveaux organismes capables d'accomplir des fonctions d'intérêt dans divers domaines.

En 1957, à l'aide d'un atomiseur à parfum, Thomas Chang, qui était alors au début de ces études de physiologie, créa la première pseudocellule artificielle, une sorte de sphère microscopique en plastique chargée d'hémoglobine. Depuis cette époque, de nombreux progrès ont été réalisés. En 2007, John Craig Venter a par exemple réussi à synthétiser un génome entier complétement artificiel, produit sur ordinateur. Deux ans plus tard, il annonçait dans la revue Science, la fabrication de la première cellule vivante synthétique. Il s'agissait en réalité d'une bactérie dépourvue d'ADN dans laquelle les chercheurs avaient injecté le nouveau matériel génétique. Bien que majeur, cet exploit était donc encore loin d'une cellule totalement artificielle. Un an plus tard, une autre équipe américaine annonçait l'élaboration d'une membrane plasmique.

Représentation schématique d'une cellule eucaryote artificielle fabriquée dans cette étude. Des organites synthétiques ont été empaquetés dans une membrane de polymères. © université Radboud de Nimègue

Un pas de plus vers une cellule eucaryote synthétique…

Mais pour passer d'une bactérie à une cellule eucaryote, il y a une étape à franchir. Les bactéries sont des organismes procaryotes pour lesquels l'ADN flotte à l'intérieur de la cellule et n'est pas protégé du reste du cytoplasme. Chez les eucaryotes en revanche, l'ADN est présent dans le noyau et les autres molécules sont empaquetées dans différents organites tels que les mitochondries, le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les lysosomes, etc. Afin de fabriquer une cellule eucaryote opérationnelle, les chercheurs doivent donc être capables de reproduire cette organisation complexe. Et la tâche n'est pas simple. Dans une étude récente, publiée dans la revue Angewandte Chemie, des chercheurs de l'université Radboud de Nimègue (Pays-Bas) ont fait une avancée majeure dans ce domaine. Pour la première fois, ils ont réussi à créer une cellule artificielle contenant des organites fonctionnels.

Au cours de ces travaux, les chercheurs ont enveloppé plusieurs enzymes dans des sphères microscopiques qu'ils ont rassemblées à l'intérieur d'une membrane synthétique. Cette opération leur a permis de recréer une sorte de cellule eucaryote remplie d'organites artificiels. En utilisant des techniques complexes de chimie et de microscopie à fluorescence, ils ont montré que les protéines présentes à l'intérieur de ces organites étaient capables d'effectuer des réactions chimiques complexes. En d'autres termes, ces petits composants fonctionnent de la même manière que le font les organites naturels des cellules. Mieux encore : ils ont montré qu'ils pouvaient communiquer pour réaliser une chaîne de réactions métaboliques.

L'ensemble de ces résultats prouve qu'il est possible de construire une cellule artificielle contenant des organites capables de travailler ensemble. En mimant la vie, les chercheurs espèrent mieux étudier et comprendre comment les différents composants cellulaires interagissent. D'autre part, cela constitue une nouvelle étape dans la mise en place de bioréacteurs cellulaires artificiels destinés à réaliser des réactions complexes utilisables dans l'industrie et dans le domaine médical. Ces cellules pourraient par exemple être utilisées pour fabriquer des hydrocarbures comme le méthane.