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Une nouvelle méthode de fabrication de bulles organiques simples pourrait fournir de nouveaux indices sur la façon dont les cellules biologiques se sont formées spontanément sur la Terre primitive – et contribuer aux efforts visant à générer la vie synthétique.

Générer la vie synthétique

Les protocellules, les anciens ancêtres de la vie actuelle, n’étaient peut-être guère plus que de simples compartiments sphériques, entourés de membranes et contenant de l’eau et les molécules de la vie. Mais la façon dont ces compartiments – ou « vésicules » – sont apparus reste un mystère.

C’est l’ultime « paradoxe de l’œuf et de la poule », explique Neal Devaraj, de l’université de Californie à San Diego. Les membranes des cellules modernes s’assemblent dans l’eau à partir des molécules appelées lipides. Mais dans toutes les formes de vie modernes, les protéines qui génèrent les lipides ne fonctionnent que lorsqu’elles sont intégrées dans une membrane. En d’autres termes, il faut une membrane pour faire une membrane.

Maintenant, le groupe de recherche de Devaraj a trouvé un moyen de contourner cette contrainte. « Il suffit de placer de petites molécules et de l’ADN dans une solution pour obtenir des vésicules décorées de protéines », explique M. Devaraj. Pour réaliser cette astuce, les chercheurs se sont appuyés sur une technologie vieille de 20 ans, développée pour encourager l’ADN nu, retiré de sa cellule, à continuer à fonctionner et à générer des protéines.

Cette approche consiste à placer l’ADN dans une solution contenant uniquement les ingrédients de base nécessaires à la traduction d’un code génétique en une protéine : environ 35 protéines, une pincée de magnésium, un peu d’acides aminés et d’autres petites molécules, ainsi que quelques ribosomes – les « machines » moléculaires à l’intérieur des cellules où les protéines sont synthétisées.

Un système de traduction d’ADN

Le groupe de Devaraj a modifié ce système pour générer une protéine nécessaire à la création des lipides synthétiques et une seconde qui peut se lier à la surface des vésicules. Lorsqu’ils ajoutent des précurseurs des lipides à cette solution, les vésicules se forment spontanément et la seconde protéine se fixe à l’extérieur de la membrane. C’est la première fois que quelqu’un utilise ce système de traduction d’ADN sans cellules pour créer une vésicule synthétique à partir de rien.

« Les créer à partir de rien est vraiment passionnant », déclare Michael Booth de l’université d’Oxford, qui n’a pas participé à cette recherche. « Il s’agit simplement de réduire encore plus la complexité jusqu’à des matériaux de départ simples ».

Cela dit, le système utilisé par Devaraj et ses collègues est encore bien trop complexe – et quelques milliards d’années trop évolués – pour imiter l’émergence de toutes premières protocellules sur la Terre primitive, selon David Deamer de l’Université de Californie à Santa Cruz.

« Les premières membranes étaient simplement des mélanges d’acides gras et d’alcools gras », explique Deamer. « Vous n’avez pas besoin de membranes phospholipidiques. C’est une étape évolutive vers le haut de l’échelle de la complexité. »

Devaraj est d’accord. Selon lui, les futures versions des vésicules comme celles que lui et ses collègues ont développées seront plus utiles pour en savoir plus sur les organismes vivants dans le passé profond et aujourd’hui, plutôt que pour comprendre l’origine de la vie cellulaire. « Comment la vie peut-elle organiser ces molécules d’une manière qui conduit à ces phénomènes émergents comme l’autoreproduction, l’autoréparation et l’évolution ?

Selon M. Booth, tout aperçu de ces études sur l’origine et l’organisation de la vie telle que nous la connaissons pourrait également contribuer aux efforts visant à générer une vie synthétique. « Si l’on peut fabriquer des vésicules, on peut alors envisager de les faire fabriquer d’autres vésicules. Dans ce cas, vous pouvez créer des choses qui ressemblent davantage à la vie, de manière synthétique », explique-t-il.

Une cellule artificielle semblable à la vie 

Devaraj affirme que c’est l’un des véritables objectifs de ses recherches. « En fin de compte, c’est ce vers quoi nous tendons. Pouvez-vous prendre un ensemble connu de pièces et les assembler spontanément d’une manière qui mène à une cellule artificielle semblable à la vie ? »

Même si cela ne nous aidera peut-être pas à résoudre le mystère de comment, quand ou où la vie est apparue, cela pourrait nous aider à comprendre avec un peu plus en détail ce dont la vie a besoin exactement pour émerger et gagner en complexité. « Je pense que c’est ce que la vie a fait. À travers les milliards d’années », dit Devaraj. « Elle est devenue de plus en plus compliquée ».

Cette recherche a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society.

Source : New Scientist
Crédit photo : iStock

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