La création de cellules synthétiques qui pourraient répliquer les fonctions fondamentales de la vie est l'un des projets scientifiques les plus ambitieux de notre époque moderne. Une équipe de chercheurs de l'Université de Groningen, dirigée par le professeur Bert Poolman, est à l'avant-garde de ce domaine de recherche. Leur travail se concentre sur la création de modules cellulaires essentiels, qui incluent des versions plus simples des systèmes de production d'énergie et de transport des nutriments, qui sont les éléments de base de la vie. Les dernières avancées dans ce domaine représentent une base pour construire une cellule synthétique capable d'exécuter des fonctions complexes similaires à celles des organismes vivants.

Un des principaux objectifs des chercheurs est de simplifier les processus complexes qui se déroulent à l'intérieur des cellules vivantes. Dans les cellules réelles, les mitochondries, connues sous le nom de 'centrales énergétiques' de la cellule, utilisent des centaines de composants pour convertir l'ADP en ATP, la principale molécule qui stocke l'énergie nécessaire à la vie. L'équipe de Poolman a réussi à simplifier considérablement ce processus en utilisant seulement cinq composants pour produire de l'ATP. Leur système utilise l'acide aminé arginine comme source d'énergie, ce qui représente une étape clé vers la construction d'un système fonctionnel de production d'énergie au sein de cellules synthétiques.

Bien que ce système présente certaines limitations - par exemple, il ne peut utiliser que l'arginine comme source d'énergie, tandis que les cellules réelles utilisent diverses molécules telles que les sucres, les graisses et les acides aminés - il constitue néanmoins une avancée significative dans la compréhension de l'énergie cellulaire. De cette manière, les chercheurs peuvent mieux contrôler et analyser le processus de production d'énergie, qui est un composant essentiel de la vie. La production d'énergie est fondamentale pour le maintien des fonctions biologiques de base, telles que la croissance, la division cellulaire et la synthèse des protéines, et la compréhension de ce processus pourrait ouvrir des portes à de nouvelles applications en biotechnologie.

Transport simplifié des nutriments

Un autre aspect clé de la recherche de l'équipe de Groningen concerne le transport des nutriments. Dans les cellules réelles, le transport des nutriments est un processus extrêmement complexe qui nécessite une série de protéines de transport et d'enzymes. L'équipe de Poolman a réussi à simplifier ce processus en utilisant de petites bulles appelées vésicules qui peuvent absorber des nutriments de l'environnement et les utiliser pour la production d'énergie. Ce système utilise un potentiel électrique qui permet l'absorption de nutriments comme le lactose, qui est ensuite converti à l'intérieur de la vésicule en molécules utiles telles que le glucose et le galactose. Des enzymes sont ensuite ajoutées pour faciliter l'oxydation supplémentaire des sucres, ce qui entraîne la formation de NADPH, une molécule qui joue un rôle crucial dans la biosynthèse et la production d'énergie au sein des cellules.

Cette avancée permet de construire des systèmes plus complexes au sein des cellules synthétiques. En utilisant seulement quelques composants, l'équipe a réussi à imiter les processus complexes qui se produisent dans les cellules vivantes, permettant ainsi une meilleure compréhension de la façon dont les cellules fonctionnent à un niveau fondamental. Le transport des nutriments et leur conversion en énergie sont des processus fondamentaux dans la vie, et en simplifiant ces systèmes, les chercheurs peuvent mieux analyser comment ces processus fonctionnent et comment ils peuvent être contrôlés.

Étapes supplémentaires vers la vie synthétique

Ces modules, bien qu'essentiels, ne représentent qu'une partie du processus nécessaire pour créer une cellule synthétique pleinement fonctionnelle. Pour qu'une cellule puisse croître, se diviser et exécuter des fonctions complexes de manière autonome, il est nécessaire d'intégrer encore de nombreux systèmes différents. L'équipe de Poolman travaille actuellement à relier le système de production d'énergie à d'autres systèmes, comme la division cellulaire, afin de créer une cellule capable de fonctionner de manière autonome. Le projet BaSyc, auquel participent six instituts de recherche, dirige ces recherches dans le but de créer une cellule à partir de composants non vivants.

Les cellules synthétiques, une fois pleinement développées, auront de vastes applications en biotechnologie, en médecine et dans le développement de nouveaux biomatériaux. Comprendre comment ces systèmes fonctionnent à un niveau fondamental permettra de créer des systèmes cellulaires personnalisés capables d'exécuter des tâches spécifiques, comme la délivrance de médicaments ou la production de molécules spécifiques. Ce travail de recherche fournit également des aperçus clés sur les principes fondamentaux de la biologie, aidant les scientifiques à mieux comprendre ce qui rend la vie vivante.

Avenir de la vie synthétique

Le financement de nouvelles recherches grâce au projet EVOLF, qui a sécurisé un financement de 40 millions d'euros, permettra aux scientifiques de poursuivre leurs recherches au cours des dix prochaines années. L'objectif de ce projet est de découvrir combien de modules différents peuvent être connectés pour créer une cellule synthétique qui peut fonctionner de manière autonome. Ce projet permettra non seulement de créer un 'plan de vie', mais fournira également des aperçus clés sur les processus biologiques fondamentaux qui sont encore mal compris.

Un des principaux défis dans la création de la vie synthétique est l'intégration de différents systèmes en un système cohérent. Bien que l'équipe de Poolman et leurs collaborateurs aient déjà réalisé des progrès significatifs dans la création de modules simplifiés pour la production d'énergie et le transport des nutriments, de nombreuses recherches sont encore nécessaires pour relier ces systèmes en un tout fonctionnel. Malgré les défis, chaque nouvelle avancée dans ce domaine apporte de nouvelles connaissances et nous rapproche de la création de la vie synthétique.

Importance de la vie synthétique

La création de la vie synthétique n'est pas seulement un défi scientifique ; c'est une recherche qui pourrait avoir des conséquences profondes pour l'avenir de l'humanité. Les cellules synthétiques pourraient être utilisées pour étudier les processus biologiques fondamentaux, développer de nouvelles thérapies et produire des biomatériaux. Par exemple, des cellules capables de synthétiser des molécules spécifiques pourraient être utilisées pour la production de médicaments ou pour la délivrance de molécules thérapeutiques à des endroits ciblés dans le corps. De plus, des systèmes cellulaires synthétiques pourraient être utilisés pour créer de nouveaux matériaux avec des propriétés personnalisées, tels que des matériaux biocompatibles pour des implants médicaux.

Outre les applications pratiques, la création de la vie synthétique soulève également d'importantes questions philosophiques sur la nature de la vie. S'il est possible de créer la vie à partir de composants non vivants, que dit cela de la définition de la vie ? Ces questions ouvrent de nouveaux débats sur les limites de la biologie et de la technologie, ainsi que sur le rôle des scientifiques dans la création de nouvelles formes de vie. La vie synthétique soulève également des défis éthiques, car elle ouvre la possibilité de créer des organismes avec des propriétés et des fonctions entièrement nouvelles.

Source : Université de Groningen