Une cellule artificielle capable de se nourrir, de croître et de se diviser a été conçue

Des biologistes synthétiques de l’Université du Minnesota sont parvenus à créer une cellule artificielle qui peut se nourrir, grandir, se diviser et même entrer en compétition pour des ressources. Baptisée SpudCell en raison de son aspect évoquant une pomme de terre, cette structure repose exclusivement sur des composants chimiques dont la composition est entièrement connue et maîtrisée.

« La vie n’est pas une notion binaire, c’est pourquoi j’hésite à qualifier SpudCell de vivante », a commenté Kate Adamala, qui a dirigé les travaux. « Il n’y a pas de frontière claire, même si nous aimerions qu’il y en ait une. »

Un assemblage intégral à partir de molécules non vivantes

Contrairement aux recherches antérieures qui consistaient à réduire le génome de micro-organismes existants, SpudCell a été construite de toutes pièces à partir de molécules isolées et purifiées. Le système contient 36 enzymes, un génome de 90 000 paires de bases réparti sur neuf molécules d’ADN distinctes, et une membrane lipidique. La cellule est capable de synthétiser ses propres protéines à partir de ce matériel génétique.

Le mécanisme d’alimentation repose sur la fusion avec de petites vésicules, appelées liposomes nourriciers, qui apportent les nutriments nécessaires à la croissance. Une protéine produite par la cellule, l’α‑hémolysine, s’insère dans la membrane et se lie aux liposomes, déclenchant la fusion. C’est l’ADN de la cellule qui contrôle directement ce processus, déterminant la vitesse de croissance et la taille finale.

La division cellulaire, quant à elle, ne fait appel à aucun cytosquelette – un assemblage de protéines qui, chez les cellules naturelles, organise la séparation en deux. Dans SpudCell, des protéines s’accumulent à la surface de la membrane jusqu’à provoquer une contrainte mécanique suffisante pour la scinder. Les cellules qui produisent davantage de ces protéines se divisent plus efficacement, reliant directement le génome à la réussite reproductive.

Compétition et sélection entre générations

L’équipe a introduit une modification génétique augmentant la production de la protéine de fusion. Les cellules porteuses de cette mutation ont grandi plus vite et ont produit davantage de « descendants ». Après cinq générations, la variante améliorée avait supplanté la souche originelle dans le milieu de culture. Cet avantage était encore plus marqué lorsque les nutriments devenaient rares. Ce résultat démontre qu’un processus de sélection et de compétition peut opérer dans un système chimique entièrement synthétique.

Limites actuelles et perspectives

SpudCell utilise des ribosomes extraits de la bactérie Escherichia coli. Faute de pouvoir fabriquer ses propres ribosomes à partir de ses instructions génétiques, la cellule ne peut fonctionner que pendant cinq à dix générations avant que la machinerie moléculaire ne se dégrade. La construction de ribosomes de novo – qui nécessite la synthèse et l’assemblage de plusieurs dizaines de protéines et d’ARN – constitue la prochaine étape majeure.

Malgré cette limite, le travail représente une avancée significative par rapport aux approches « top‑down » de minimisation de génomes, comme celle qui avait abouti, en 2016, à une bactérie ne conservant que 525 gènes, dont un tiers aux fonctions inconnues. Avec un génome de 90 000 paires de bases, SpudCell est plus petite que le minimum théorique de 113 000 paires de bases estimé pour une cellule vivante.

« C’est une cellule qui a été construite, pas née. Elle est fabriquée, mais elle fait ce que les cellules font », a souligné Drew Endy, biologiste synthétique à l’université Stanford. « Nous allons nous souvenir de ce moment. »

Les chercheurs ont mis en ligne un document de 190 pages détaillant leurs travaux, soumis pour publication dans une revue scientifique. Ils ont également fondé une organisation de recherche à but non lucratif, Biotic, destinée à coordonner les efforts de centaines de scientifiques pour améliorer SpudCell et l’adapter à de nouveaux usages.

Parmi les applications envisagées figurent la production de médicaments que les cellules naturelles ne peuvent pas fabriquer, la capture de dioxyde de carbone atmosphérique, ou encore la synthèse de substances toxiques comme des carburants pour fusées. « Nous pouvons maintenant envisager de réaliser une chimie que nous commençons à peine à comprendre », s’est réjoui John Glass, biologiste synthétique au J. Craig Venter Institute en Californie.