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Posté par Isabelle le Mardi 10/07/2018 à 12:00
Un pas vers une cellule artificielle
Des chercheurs du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux) et de l'Institut Max Planck pour la dynamique des systèmes techniques complexes sont parvenus à intégrer une fonction métabolique rudimentaire dans des gouttelettes d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) microscopiques. Ces premiers précurseurs de cellules artificielles pourraient permettre de mieux comprendre comment fonctionnent les cellules réelles, et comment les premières cellules vivantes ont émergé sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...). Ces travaux sont publiés dans Nature Communications.


À gauche: Principe du métabolisme minimal basé sur la compartimentation d'une réaction enzymatique avec un module de régénération des cofacteurs impliqués. À droite: réalisation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et...) sur une assemblée de gouttes préparées en microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont au moins l'une des dimensions caractéristiques est de l'ordre du micromètre.): l'intensité de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) bleue correspond à différentes concentrations de NADH. Les différentes gouttes se comportent différemment en fonction de leur composition initiale.
©Jean-Christophe Baret, CREATIVE COMMON LICENCE (image adaptée à partir de Beneyton et al. Nature Communications, 2018)

Créer des cellules dans une éprouvette permettrait de répondre à certaines grandes questions en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...): quel est le minimum dont une cellule a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les...) pour vivre ? comment la vie (La vie est le nom donné :) sur Terre a-t-elle commencé ? Des chercheurs du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux), en collaboration avec l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Max Planck pour la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des systèmes techniques complexes à Magdebourg, présentent les précurseurs d'une cellule artificielle: de microscopiques gouttelettes d'eau intégrant une réaction chimique et un approvisionnement énergétique.

Les processus biochimiques qui se produisent au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse...) d'une cellule, appelés "métabolisme" ou "fonction métabolique", permettent aux organismes vivants de gagner de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et d'accumuler ou de décomposer des substances, c'est-à-dire de vivre. Lors d'une expérience de biologie synthétique utilisant la microfluidique, les scientifiques ont réussi à intégrer la forme simple d'une fonction métabolique dans des gouttelettes d'eau microscopiques, formées dans de l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se...). Ces gouttelettes ont servi de petites unités séparées de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...), similaires aux cellules qui sont séparés de leur milieu par une membrane.

La fonction métabolique modèle a été créée étape par étape à partir de composants moléculaires et d'organelles cellulaires. Une approche "bottom-up" alternative pour les biologistes synthétiques, qui partent habituellement d'un organisme réel, qu'ils modifient à l'aide de méthodes de génie génétique (Le génie génétique (ou ingénierie génétique) est un ensemble de techniques, faisant partie de la biologie moléculaire et ayant pour objet l’utilisation des connaissances acquises en...) pour lui donner de nouvelles fonctions et propriétés. Mais pour comprendre quelles fonctionnalités sont nécessaires et suffisantes à la création de la vie, il faut concevoir un système minimal. Celui conçu par les scientifiques comprend ainsi une paroi, des nutriments et la réaction chimique qui permet de transformer ces nutriments en énergie et inversement.

Ces systèmes minimaux sont des modèles à partir desquels des systèmes plus complexes, plus proches de véritables cellules, pourront être développés. Les fonctionnalités à venir pourraient comprendre par exemple la capacité à se reproduire ou un mécanisme pour stocker leur conception structurale.

Toutefois, même sans ces caractéristiques, ces systèmes artificiels pourraient se comporter de façon similaire aux systèmes biologiques. Par exemple, les gouttelettes peuvent être produites avec des "aptitudes" (capacité à utiliser les nutriments de l'environnement, par exemple) inégales. Ainsi, comme chez les cellules réelles, les cellules artificielles pourraient entrer en concurrence pour les ressources, se comportant alors tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait conformément à la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent...) de Darwin.

Référence publication:
T. Beneyton, D. Krafft, C. Bednarz, C. Kleineberg, C. Woelfer, I. Ivanov, T. Vidakovic-Koch, K. Sundmacher et J.-C. Baret
Out-of-equilibrium microcompartments for the bottom-up integration of metabolic functions
Nature Communications ? Juin 2018
DOI: 10.1038/s41467-018-04825-1

Contact chercheur:
Jean-Christophe Baret, CRPP UMR5031, Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les universités, voir Université Bordeaux I, Université Bordeaux II, Université Bordeaux III,...)

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Source: CNRS-INC
 
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