Un pas vers des cellules artificielles, construites à partir de silicium

Dans une étape vers des cellules artificielles sophistiquées, les scientifiques ont conçu une puce de silicium capable de produire des protéines à partir de l'ADN, la fonction la plus fondamentale de la vie.

Le système, bien que relativement simple, suggère une voie pour imiter la vie avec des composants partiellement fabriqués, dit Roy Bar-Ziv , scientifique des matériaux à l'Institut Weizmann des sciences en Israël, qui dirige les travaux.

Les cellules créent constamment des protéines à partir d'instructions codées dans des séquences d'ADN. La quantité de chaque protéine produite est contrôlée par d'autres gènes, souvent dans des boucles de rétroaction compliquées. Bar-Ziv appelle sa cellule sur puce un nouveau système nous permettant d'examiner comment les gènes sont activés et désactivés à l'extérieur de la cellule vivante.

Les puces ont été créées à l'aide d'une technique développée par le laboratoire de Bar-Ziv il y a plusieurs années pour ancrer l'ADN au silicium en enduisant d'abord la surface d'un produit chimique activé par la lumière. Ils ont utilisé des motifs de lumière pour créer des points où l'ADN se lie et s'assemble en faisceaux ressemblant à des brosses à dents. Chaque brosse à ADN était confinée dans un petit compartiment rond. Ces compartiments étaient reliés par un capillaire étroit de 20 micromètres de large à un canal plus large, qui transportait un flux d'extraits liquides de cellules bactériennes - tous les ingrédients nécessaires à la synthèse des protéines à partir des brosses à ADN.

Le système, décrit dans un La science papier en août par Bar-Ziv, avec ses étudiants Eyal Karzbrun et Alexandra Tayar, et Vincent Noireaux de l'Université du Minnesota, a permis aux chercheurs de créer un réseau simple de gènes en interaction.

Une cellule artificielle simple a des chambres circulaires gravées dans du silicium. Ceux-ci contiennent de l'ADN et sont reliés par des canaux microfluidiques à un bain d'enzymes cellulaires.

Les scientifiques peuvent déjà facilement synthétiser des protéines à partir d'ADN dans un tube à essai, mais ces réactions finissent par s'éteindre à mesure que les protéines s'accumulent et que la synthèse ralentit. Cela a rendu difficile la création de circuits génétiques fonctionnels - des réseaux interactifs de gènes et de protéines - en dehors des cellules. Bar-Ziv dit que sa puce résout ce problème en éliminant les déchets. De plus, en modifiant la longueur des canaux menant à chaque compartiment d'ADN, il a pu contrôler la vitesse à laquelle les protéines fabriquées dans celui-ci se diffusaient vers d'autres zones de la puce, influençant d'autres réactions. Si vous voulez reconstituer la nature dynamique des gènes qui montent et descendent, vous devez avoir un mécanisme pour dégrader ce que vous fabriquez, dit Bar-Ziv.

D'autres biologistes synthétiques - ainsi appelés parce qu'ils cherchent à créer de nouveaux circuits génétiques artificiels - ont également commencé à installer leurs programmes d'ADN en dehors des êtres vivants, comme sur des feuilles de papier, dans le but de créer de nouveaux types de tests de diagnostic (voir Synthétique Des biologistes créent un diagnostic sur papier pour Ebola ).

De même, la puce de Bar-Ziv pourrait éventuellement conduire à des applications dans le diagnostic, la détection environnementale ou le dépistage de médicaments, avec la particularité qu'elle pourrait maintenir les réactions plus longtemps. Les scientifiques disent que les puces pourraient être utilisées pour tester de nouvelles constructions génétiques avant qu'elles ne soient placées dans des cellules réelles, comme des bactéries. Si je peux rapidement prototyper ces conceptions en dehors des cellules, puis sélectionner les meilleures à mettre dans les cellules, cela pourrait accélérer le processus, dit Timothée Lu , biologiste synthétique au MIT.

La prochaine étape, dit Bar-Ziv, consiste à créer des modèles plus complexes et des réseaux plus vastes. Il espère pouvoir éventuellement contrôler des centaines de gènes différents dans des milliers de cellules artificielles à la fois, leur permettant de communiquer et de s'influencer les uns les autres, un peu comme dans un organisme vivant. C'est encore loin, admet-il. Passer d'un transistor à des milliards ne s'est pas fait en un jour, dit-il.

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