Et si une cellule pouvait être conçue comme un système d’ingénierie ? C’est ce que des chercheurs de l’Université du Minnesota ont essayé de concrétiser avec « SpudCell », un système capable de répliquer certaines fonctions fondamentales d’une cellule vivante, tout en restant dépendant de son environnement. Ceci constitue une étape importante vers une biotechnologie qui ne se contente plus de modifier le vivant, mais qui cherche désormais à en reconstruire le fonctionnement de base.
L’ambition de reproduire une cellule vivante au laboratoire s’inscrit dans plusieurs décennies de travaux en biologie synthétique. En 2010, le J. Craig Venter Institute montre qu’un génome bactérien synthétique peut prendre le contrôle d’une cellule ; en 2016, ses chercheurs construisent une cellule minimale, « JCVI-syn3.0 », en réduisant progressivement son génome. « SpudCell » emprunte quant à elle une voie différente : plutôt que de simplifier une cellule existante, elle cherche à reconstruire certaines fonctions cellulaires à partir de composants distincts. Elle constitue ainsi un système biologique dont les fonctions peuvent être assemblées et testées.
Un système conçu fonction par fonction
« SpudCell » est une cellule synthétique dont le génome, d’environ 90 kpb, est réparti sur sept plasmides d’ADN portant différents modules fonctionnels. Cette organisation facilite la modification indépendante des différentes fonctions cellulaires et conduit à un génome plus compact que l’estimation précédente d’environ 113 kpb pour un système capable de soutenir un cycle cellulaire complet.
L’expression des gènes repose sur le système PURE (Protein Synthesis Using Recombinant Elements) constitué de 36 composants purifiés, notamment issus d’E. coli, notamment les ribosomes. Sa composition parfaitement définie permet de contrôler finement les réactions biochimiques au sein du compartiment. Celui-ci prend la forme d’un liposome à composition contrôlée, qui encapsule le génome et le système PURE, et permet l’expression de certaines protéines nécessaires à son bon fonctionnement.
La division cellulaire constitue un autre élément clé du système. Lors des expériences menées sur plusieurs générations, les cellules sont divisées mécaniquement par extrusion. Dans ce cas, un cycle de croissance et de réplication s’accomplit en près de 12 heures à une température de 30 °C. Les chercheurs ont parallèlement démontré une division qui s’effectue sans cytosquelette grâce à un mécanisme génétiquement encodé. En fait, l’accumulation de protéines à la surface membranaire crée un encombrement et génère des contraintes mécaniques conduisant à la scission de la cellule.
Par ailleurs, l’introduction d’une modification génétique augmentant la capacité d’acquisition des ressources accélère la croissance et confère un avantage sélectif mesurable : après cinq générations, le variant à croissance rapide devient majoritaire, avec un avantage qui s’accentue lorsque les ressources sont limitées. L’ensemble met ainsi en évidence un couplage entre information génétique, croissance et sélection dans un système cellulaire entièrement synthétique.
À noter que tous ces résultats expérimentaux figurent dans une prépublication et ne sont pas encore, à ce stade, publiés dans un journal évalué par des pairs.
Une cellule encore dépendante de son environnement
L'article « SpudCell », quand la cellule devient un système d’ingénierie été publié la première fois sur le site : Techniques de l'ingenieur - Actualités
