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Les scientifiques ont construit une cellule synthétique parfaitement auto-réplicative

Les scientifiques ont conçu un organisme synthétique unicellulaire qui se divise et se multiplie comme la vraie chose. Cette avancée pourrait un jour aider les chercheurs à construire des ordinateurs minuscules et de minuscules usines de production de médicaments, le tout à partir de cellules synthétisées.

Bien sûr, cet avenir ne se réalisera probablement pas avant de nombreuses années.

«Il y a tellement de façons dont ce prochain siècle de biologie pourrait potentiellement changer notre vie quotidienne pour le mieux», a déclaré l’auteur principal Elizabeth Strychalski, chef du groupe de génie cellulaire au National Institute of Standards and Technology (NIST). Par exemple, Strychalski et ses collègues prévoient de concevoir des capteurs vivants capables de prendre des mesures à partir de leur environnement environnant, de surveiller l’acidité, Température et oxygène niveaux à proximité.

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Ces capteurs cellules pourraient également être fabriqués pour produire des produits spécifiques – à savoir des médicaments – et pourraient éventuellement être placés à l’intérieur du corps humain lui-même. « Une vision est que lorsque la cellule détecte un état pathologique, alors elle peut rendre ce traitement thérapeutique, et quand un état pathologique est plus long là-bas, ils pourraient arrêter de faire ce traitement », a déclaré Strychalski. D’autres cellules pourraient être cultivées en laboratoire et utilisées pour produire efficacement des aliments et des carburants, tandis que d’autres encore pourraient être amenées à exécuter des fonctions de calcul à l’échelle moléculaire, a-t-elle ajouté.

Mais encore une fois, ce sont toutes des visions pour l’avenir. Pour y arriver, les scientifiques doivent décortiquer les mystères de la cellule à un niveau fondamental avant de pouvoir la manipuler dans leurs organismes synthétiques.

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Dans la nouvelle étude, Strychalski et ses collègues ont fait un pas vers cet objectif et ont publié leurs résultats le 29 mars dans la revue Cellule. Ils ont commencé avec une cellule synthétique existante appelée JCVI-syn3.0, qui a été créée en 2016 et ne contient que 473 gènes, Scientific American a rapporté. (À titre de comparaison, le bactérie Escherichia coli a environ 4000 gènes, selon un déclaration.)

Cette cellule aux os nus a été fabriquée à partir de la bactérie Mycoplasma genitalium, un microbe sexuellement transmis, que les scientifiques ont dépouillé de son ADN naturel et remplacé par leur propre ADN modifié. En créant JCVI-syn3.0, les scientifiques voulaient savoir quels gènes sont absolument essentiels pour qu’une cellule survit et fonctionne normalement, et lesquels sont superflus.

Mais alors que JCVI-syn3.0 pouvait construire des protéines et répliquer son ADN sans problème, la cellule minimaliste ne pouvait pas se diviser en sphères uniformes. Au lieu de cela, il se divise au hasard, produisant des cellules filles de différentes formes et tailles. Strychalski et son équipe ont décidé de résoudre ce problème en ajoutant de nouveau les gènes à la cellule dépouillée.

Micrographie grise de cellules minimales;  les cellules filles sont de différentes tailles et formes

Une version précédente d’une cellule minimale, appelée JCVI-syn3.0, ne se divisait pas normalement. Cette micrographie montre comment la cellule se diviserait en cellules filles de différentes tailles. (Crédit d’image: micrographies fournies par Lijie Sun (J. Craig Venter Institute))

Après des années de travail, les scientifiques ont produit JCVI-syn3A, qui contient un total de 492 gènes. Sept de ces gènes sont essentiels à la division cellulaire normale, ont-ils découvert.

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« Un certain nombre de les gènes dans la cellule minimale n’avait pas de fonction connue », a déclaré le co-premier auteur James Pelletier, qui, au moment des travaux, était un étudiant diplômé au Centre for Bits and Atoms du Massachusetts Institute of Technology (MIT). s’est avéré que certains des gènes dont la cellule avait besoin auparavant pour se diviser n’avaient pas de fonction connue », a-t-il dit. La réintroduction de ces gènes a permis à la cellule minimale de se diviser en orbes parfaitement uniformes.

Certains de ces gènes importants interagissent probablement avec la membrane cellulaire, en fonction de leurs séquences génétiques, a déclaré Pelletier. Cela pourrait signifier qu’ils modifient les propriétés physiques de la membrane, la rendant suffisamment malléable pour se diviser correctement, ou qu’ils génèrent des forces à l’intérieur de la membrane qui encouragent la scission, a-t-il déclaré. Mais pour l’instant, l’équipe ne sait pas quels mécanismes spécifiques les gènes utilisent pour aider les cellules à se diviser, a-t-il noté.

« Notre étude n’a pas été conçue pour comprendre les mécanismes à l’intérieur de la cellule associés à chacun de ces gènes de fonction inconnue », a déclaré Strychalski. « Cela devra être une étude future. »

Alors que les chercheurs continuent de sonder les mystères de la cellule minimale, d’autres biologistes synthétiques travaillent avec des systèmes encore plus simplistes. La biologie synthétique existe sur un spectre, allant de « une soupe de produits chimiques inanimés à la pleine gloire d’une cellule de mammifère ou d’une cellule bactérienne », a déclaré Strychalski. L’avenir du domaine pourrait nous conduire à des merveilles innovantes comme des ordinateurs de la taille d’une cellule, mais pour l’instant, le travail est largement motivé par une curiosité sur la façon dont les éléments de base de la vie se réunissent et ce que cela peut nous dire sur nous-mêmes, elle m’a dit.

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«Comment comprendre l’unité la plus élémentaire de la vie, la cellule?… Il y a quelque chose de très convaincant à ce sujet», a déclaré Strychalski. « Plus tard, nous pouvons imaginer tout ce que nous pouvons faire avec … cette plate-forme minimale. »

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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