Une équipe de la DWI-Institut Leibniz signe une avancée scientifiques majeure dans la recherche cellulaire.
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Faire travailler cellules synthétiques et cellules organiques
Produire des cellules synthétiques en laboratoire, des cellules qui soient capables d’imiter le comportement biologique, des cellules capables d’accomplir des tâches et remplir de vraies fonctions : c’est l’un des plus grands défis de la recherche scientifique moderne.
Les fonctions principales du comportement biologique sont, par exemple, le transport de molécules, les fonctions métaboliques, la croissance et, idéalement, la réplication par la division cellulaire.
Les tentatives de créer des cellules qui rempliraient une ou plusieurs de ces fonctions sont appelées protocellules.
Dans un avenir plus ou moins lointain, elles pourraient être utilisées pour étudier des questions biologiques complexes, ouvrir de nouveaux concepts en biomédecine et contribuer à l’élaboration de nouveaux biomatériaux, thérapeutiques et dispositifs médicaux.
Mais une condition préalable impérative au développement de ces protocellules est la capacité de combiner des composants cellulaires fonctionnels et actifs avec des mécanismes cellulaires actifs issus de composants synthétiques. Faire interagir vraies cellules et cellules synthétiques.
Des chercheurs du DWI-Institut Leibniz, conduits par le professeur César Rodriguez-Emmenegger, semblent avoir réalisé un grand pas dans la réalisation de ces objectifs.
Un article nommé « Dendrimersome Synthetic Cells Harbor Cell Division Machinery of Bacteria« , et paru dans Advanced Materials, explique en détail le fonctionnement des recherches de l’équipe, et leurs résultats inédits.
L’équipe de chercheurs présente l’intégration réussie des éléments de division cellulaire active dans des vésicules synthétiques. Un divisome consiste en un système protéique très complexe, qui est responsable de la division cellulaire en formant un anneau au milieu de la cellule, qui se resserre ensuite et coupe la bactérie en deux cellules cellules de taille identique.
Pour que le divisome fonctionne, il doit interagir avec la membrane de la cellule synthétique, avec la même force et la même dynamique qu’avec les membranes naturelles, un défi encore jamais réussi artificiellement.
Les chercheurs ont conçu de nouveaux blocs de construction macromoléculaires, et les ont programmés pour qu’ils s’assemblent dans la membrane et interagissent avec le divisome d’une manière prédéterminée. Cette approche a permis à l’équipe de recherche de reproduire avec précision le comportement du divisome dans des cellules synthétiques.
Voici une illustration du fonctionnement, avec la représentation schématique de la synchronisation des interactions entre une membrane entièrement synthétique et la machinerie de division cellulaire active :
Une avancée majeure
La doctorante Anna Maria Wagner, l’une des co-autrices principales de la publication, détaille :
« La première étape de notre projet de recherche consistait à produire des blocs de construction membranaires synthétiques appropriés. Nous avons décidé d’utiliser une nouvelle famille de dendrimères de Janus qui s’assemblent en structures vésiculaires appelées dendrimersomes.
Les dendrimères de Janus sont des macromolécules qui ont un noyau ramifié et deux branches opposées avec des groupes chimiques fonctionnels différents. Comme nous pouvons déterminer ces groupes nous-mêmes, nous sommes en mesure de concevoir la forme et les propriétés des macromolécules pour permettre la reconstitution du divisome dans la vésicule. »
Cela représente une percée importante pour la construction de cellules synthétiques utilisant des composants biologiques, car l’adaptation des interactions membrane-divisome est essentielle à l’évolution du comportement biologique.
De plus, dans le cadre de ses travaux sur les protocellules, l’équipe du professeur Rodriguez-Emmenegger s’intéresse au développement de nouvelles membranes cellulaires synthétiques, capables d’accomplir des tâches inspirées des fonctions cellulaires, voire allant même bien au-delà.
Des avancées plus que prometteuses dont les applications pourraient révolutionner la médecine dans un avenir proche !
