Un mécanisme essentiel de la vie a été reproduit dans des cellules en silicium

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publié le 18/12/2014

La technologie de l’industrie électronique a servi à créer des cellules artificielles (Tambako The Jaguar via Flickr CC BY 2.0)

C’est une “puce” en silicium pas plus grande qu’un dé mais où s’opère l’un des processus fondamentaux de la vie : la synthèse de protéines commandée par des brins d’ADN. Le dispositif, décrit dans un article de la revue Science, est ce qu’on nomme une “cellule artificielle“, un domaine de recherche qui, depuis plus d’une dizaine d’années, tente de reproduire par synthèse les mécanismes des cellules vivantes, voire la vie elle-même.
De fait, la cellule en silicium n’est pas tout à fait artificielle : les chercheurs y ont ancré des brins d’ADN extraits d’organismes vivants. La puce contient ainsi de petits compartiments circulaires, gravées par les méthodes usuelles de l’industrie électronique, où logent ces brins qui contiennent des gènes particuliers. Des canaux “capillaires”, de 20 micromètres de diamètre, relient ces compartiments formant un réseau où l’on fait circuler un fluide riche en molécules organiques.

Une cellule en silicium où des gènes communiquent entre eux

Cela suffit à faire opérer le processus de synthèse de protéines : par réaction chimique, les protéines se forment au contact des brins d’ADN à partir des substances organiques circulant dans le système, puis se détachent et se mettent également à circuler entre compartiments.  Dans les cellules vivantes, ces macromolécules très complexes sont à la base d’à peu près tout ce qui compose un organisme vivant (membranes cellulaires, organes, enzymes, etc.). Leur rôle est aussi de transmettre des messages entre cellules et à l’intérieur même d’une cellule. C’est en fait ce dernier rôle que les chercheurs, de l’Institut Weizmann en Israël et de l’université du Minnesota aux États-Unis, ont réussi à reproduire partiellement.

Plusieurs cellules artificielles en silicium

En effet les protéines, dont la forme et la composition dépend étroitement du programme encodé dans chaque gène de l’ADN d’un être vivant, servent de messagers : une protéine produite par un gène pourra activer ou au contraire désactiver la synthèse de protéines par un autre gène situé ailleurs dans la chaîne ADN, lequel à son tour agira sur un autre gène, etc., formant ainsi une “cascade” d’actions dont le résultat pourra être la duplication ou la différentiation cellulaire, ou encore l’émission par la cellule d’enzymes, etc.

A la frontière entre le vivant et l’inerte

La Biologie est encore loin de connaître le fonctionnement de ces réseaux d’activations intracellulaires, l’expérience des chercheurs vise donc à explorer ces cascades en installant, dans chaque compartiment, un gène particulier, puis à observer comment et dans quel ordre ceux-ci interagissent aux moyen des protéines, qui circulent de l’un à l’autre via les capillaires. L’expérience est la première du genre à reproduire et rendre visible un réseau d’activations de familles de gènes, bien qu’elle reste en-deçà de la complexité réelle du processus biologique.
Il s’agit donc de présenter un nouveau type de dispositif qui, à terme, permettrait d’identifier réellement ces réseaux, et de découvrir comment des gènes défectueux peuvent gripper ces mécanismes et déclencher des maladies. A la clé, de nouveaux traitement pour des maladies génétiques ou du métabolisme récalcitrantes aux traitements classiques. Mais il s’agit aussi, surtout, de réussir à isoler chaque mécanisme moléculaire en jeu dans le vivant afin de mieux comprendre comment les lois de la chimie et de la physique suffisent à expliquer le passage de la matière inerte à l’état d’organisme vivant. C’est là l’un des grands défis scientifiques qui restent à relever.
Román Ikonicoff