Des scientifiques israéliens ont créé un réseau artificiel de cellules qui agissent comme les vraies, et sont même capables d’effectuer les processus de base, comme la synthèse des protéines.

Le réseau est constitué de compartiments cellulaires comme gravés sur une puce et reliés par des tubes de la taille d’un cheveu. Au sein de chaque pseudo-cellule, les chercheurs ont mis en place le génome d’une cellule synthétique et la machinerie de synthèse de protéine de la bactérie E. coli [il s’agit d’une bactérie intestinale très commune chez l’être humain] sans son ADN. Ils ont alors observé la fabrication des protéines.

Récemment publiés dans la revue Science, les résultats pourraient approfondir la compréhension des processus biologiques fondamentaux et des applications pratiques, comme la synthèse de protéines pour une grande variété de produits, du carburant aux médicaments, estiment les scientifiques.

« Le modèle à deux gènes que nous avons conçu est un exemple simple de réseau cellulaire, mais après avoir prouvé le concept, nous pouvons maintenant aller de l’avant pour les réseaux de gènes plus complexes », a déclaré Eyal Karzbrun, un étudiant en doctorat à l’Institut Weizmann de Rehovot. « Un des buts à terme est de concevoir le contenu d’un ADN semblable à un véritable génome qui puisse être placé dans les compartiments ».

Kazbrun a créé ce réseau cellulaire avec une doctorante, Alexandra Tayar, dans le laboratoire du professeur Roy Bar-Ziv, en collaboration avec le professeur Vincent Noireaux de l’Université du Minnesota. Mais cela reste encore à un stade de développement précoce.

Les scientifiques ont conçu et contrôlé le génome qu’ils ont mis dans les cellules. En codant deux gènes régulateurs dans la séquence génétique, ils ont fait passer spontanément le processus de synthèse des protéines en « on » et « off ». La durée de chaque période a été déterminée par la géométrie des compartiments.

Ce comportement périodique – une version primitive du cycle d’événements qui ont lieu dans une cellule avant sa réplique – est apparu dans le système parce que les protéines synthétisées pouvaient diffuser à l’extérieur des cellules à travers les tubes, imitant la synthèse de protéine naturelle et leur dégradation dans les cellules vivantes.

Pour alimenter la synthèse des protéines, les scientifiques ont ajouté des nutriments frais en continu sur le réseau, qui diffuse dans les cellules.

« Le système de cellule artificielle, dans laquelle nous pouvons contrôler le contenu génétique et les temps de dilution protéiques, nous permet d’étudier la relation entre la conception de réseaux de gènes et les dynamiques émergentes de protéines. C’est assez difficile à faire dans un système de vie » a déclaré Karzbrun.

Les cellules communiquent et interagissent les unes avec les autres de la même manière que le font les véritables cellules. Les protéines synthétisées diffusent à travers les cellules, la régulation des gènes et la production de nouvelles protéines dans des compartiments plus lointains le long du réseau. Les scientifiques disent que le processus ressemble aux premiers stades de la morphogenèse – le processus biologique qui donne sa forme à un organisme.

Les scientifiques travaillent actuellement à élargir le réseau cellulaire et à introduire des gènes dans ce qui imite la formation d’un motif qui se déroule dans la nature. Ce système de cellule artificielle peut théoriquement être utilisé pour tout encoder a expliqué Bar-Ziv.

« Les gènes sont comme des Lego dans lequel vous pouvez mélanger et assortir différentes composantes afin de produire des résultats différents. Vous pouvez prendre un élément de régulation de E. coli qui contrôle naturellement un gène X, et de produire une protéine connue, ou vous pouvez prendre le même élément de régulation mais le connecter à un gène Y afin d’obtenir différentes fonctions qui n’existent pas dans la nature » a-t-il assuré.

Les scientifiques affirment que leur recherche pourrait un jour aider à l’avance la synthèse des protéines d’origine naturelle et synthétique pour le carburant, les produits pharmaceutiques, les produits chimiques et les enzymes industrielles – pour n’en nommer que quelques-unes.