Une avancée de cellule synthétique s’arrête avant la création de la vie

Une étape importante en biologie synthétique, mais avec des limites notables

Une équipe de recherche dirigée par Kate Adamala à l’Université du Missouri a construit ce qui pourrait être le système de cellule synthétique le plus avancé jamais assemblé à partir de composants non vivants. Le prototype, appelé SpudCell, contient 36 gènes et peut accomplir certaines des tâches caractéristiques des cellules, notamment copier son ADN et se diviser de manière primitive. Cela en fait une avancée remarquable pour la biologie synthétique, un domaine qui cherche à comprendre la vie en construisant des systèmes biologiques simplifiés dont on peut étudier et contrôler les fonctions.

Mais le résultat ne constitue pas une cellule vivante créée à partir de rien. D’après le matériel source fourni, SpudCell dépend encore fortement d’un soutien extérieur, fonctionne seulement de manière imparfaite et cesse de fonctionner après environ cinq divisions. Autrement dit, il s’agit d’un système conçu qui imite plusieurs comportements cellulaires essentiels sans atteindre encore le seuil que la plupart des biologistes considéreraient comme une vie autonome.

Cette distinction est importante, car la biologie synthétique a une longue histoire de manchettes qui devancent la science sous-jacente. SpudCell semble important non parce qu’il règle la question de savoir si les scientifiques peuvent désormais fabriquer la vie, mais parce qu’il réduit l’écart entre assemblage chimique et fonction biologique d’une manière que les systèmes précédents n’avaient pas réussi à atteindre.

Ce que SpudCell fait réellement

Le projet adopte une approche ascendante. Les efforts antérieurs pour créer des cellules minimales partaient souvent de bactéries déjà vivantes, puis en retiraient des gènes pour voir jusqu’où le génome pouvait être réduit tout en préservant une survie de base. Une tentative marquante en 2016 a ramené une bactérie de 901 gènes à 493. L’équipe d’Adamala a pris la direction inverse. Au lieu d’élaguer une cellule existante, les chercheurs sont partis d’une boîte à outils très réduite et ont assemblé un système autour de seulement 36 gènes.

La plupart de ces gènes proviennent de E. coli. Le matériel source mentionne aussi des contributions de bactériophages, des virus qui infectent les bactéries, ainsi qu’une protéine fluorescente de méduses qui aide à rendre les cellules visibles. Le construit obtenu est donc synthétique au sens où il a été assemblé en laboratoire en un nouveau système fonctionnel. Il n’est pas synthétique au sens plus fort d’être bâti à partir de pièces biologiques totalement inédites, sans lien avec des organismes existants.

Malgré cela, la prouesse est considérable. La source fournie décrit SpudCell comme le premier système de cellule synthétique construit à partir de composants non vivants à achever un cycle cellulaire complet. Cela signifie que le système peut suivre la séquence consistant à copier son matériel génétique puis à se diviser, une capacité extrêmement difficile à reproduire en dehors des cellules vivantes conventionnelles.

Pourquoi les scientifiques restent prudents avant d’y voir la vie

La principale raison de prudence est que SpudCell ne se maintient pas lui-même comme le font les organismes vivants. Il dépend fortement de l’environnement expérimental et n’exécute ses fonctions que de manière limitée et fragile. Une cellule qui fonctionne seulement pendant quelques générations dans des conditions de laboratoire étroitement assistées est très différente d’une cellule capable de se maintenir indéfiniment, de répondre solidement à son environnement et de produire d’elle-même une variation héréditaire.

Le texte source exprime clairement cette norme. Adamala dit qu’elle serait satisfaite de qualifier le système de vivant s’il se répliquait indéfiniment et s’il était capable d’évolution darwinienne. SpudCell ne satisfait encore à aucun de ces deux critères. Les chercheurs ont démontré une forme de sélection en introduisant une mutation bénéfique et en observant que ces cellules obtenaient de meilleurs résultats, mais la mutation a dû être ajoutée délibérément plutôt qu’apparaître spontanément. C’est une preuve de concept significative, mais cela reste loin d’une évolution ouverte.

C’est pourquoi le système peut être décrit comme une cellule minimale prototype plutôt que comme un organisme synthétique achevé. Il aide les chercheurs à déterminer quelles fonctions sont indispensables à un comportement proche de la vie, mais il ne se tient pas encore à lui seul comme une entité pleinement vivante.

Pourquoi le résultat reste important

Pour la biologie synthétique, l’importance de SpudCell réside dans le contrôle et la compréhension. Les cellules naturelles sont incroyablement puissantes, mais elles sont aussi désordonnées du point de vue de l’ingénierie. Elles contiennent de nombreux systèmes interagissant les uns avec les autres, superposés au cours de milliards d’années d’évolution. Une plateforme simplifiée avec seulement quelques dizaines de gènes pourrait devenir une base plus lisible pour tester la façon dont réplication, division, métabolisme et héritage s’articulent.

Un tel système simplifié pourrait, à terme, aider à répondre à des questions pratiques et fondamentales. Sur le plan pratique, les chercheurs pourraient utiliser des cellules synthétiques minimales comme bancs d’essai pour de nouveaux circuits biologiques, la fabrication moléculaire ou des outils thérapeutiques soigneusement circonscrits. Sur le plan de la science fondamentale, des efforts comme SpudCell touchent directement à l’une des questions les plus profondes de la biologie : quelle est la machinerie minimale requise pour qu’une chose se comporte comme la vie ?

Le résultat est aussi important parce qu’il va être ouvert. Selon le matériel source, l’équipe d’Adamala prévoit de rendre le projet SpudCell open source afin que d’autres chercheurs puissent l’étendre. Dans un domaine où les progrès dépendent souvent de nombreuses équipes itérant sur des systèmes expérimentaux fragiles, ce choix pourrait accélérer l’amélioration plus qu’un seul article ne le ferait.

Les prochains obstacles

Le chemin entre un prototype prometteur et un organisme synthétique réellement autonome reste exigeant. Le matériel fourni indique au moins trois obstacles. Premièrement, SpudCell doit devenir plus fiable, en survivant au-delà d’une poignée de divisions. Deuxièmement, il faudrait qu’il se reproduise avec moins d’assistance extérieure, ce qui signifie qu’une plus grande partie de la machinerie nécessaire à la réplication et à l’entretien devrait être internalisée. Troisièmement, il lui faudrait une voie vers une véritable évolution darwinienne, où la variation apparaît et où la sélection agit sans que les chercheurs n’introduisent manuellement des changements favorables.

Il ne s’agit pas de simples finitions progressives. Ce sont des propriétés fondamentales des systèmes vivants. Franchir ce seuil nécessiterait probablement des progrès non seulement en génétique, mais aussi dans la manière d’ingénier membranes, usage de l’énergie, correction des erreurs moléculaires et organisation interne ensemble.

Néanmoins, le travail actuel rapproche le domaine d’un avenir où les chercheurs pourront concevoir des cellules avec bien plus de précision et de compréhension. La lecture la plus responsable n’est ni de rejeter l’avancée ni de l’exagérer. SpudCell n’est pas une vie créée de zéro. En revanche, c’est une démonstration sérieuse et potentiellement historique que davantage de comportements fondamentaux de la vie peuvent être reconstruits à partir d’un petit ensemble de pièces choisies qu’un grand nombre de systèmes ne l’avaient fait auparavant.

• SpudCell utilise 36 gènes et peut copier l’ADN et se diviser de manière primitive.
• Le système dépend encore largement d’une aide extérieure et cesse de fonctionner après environ cinq divisions.
• Les chercheurs vont ouvrir le projet afin d’accélérer le développement de cellules synthétiques plus autonomes.

Cet article est basé sur un reportage de New Scientist. Lire l’article original.