La machinerie cellulaire développée en laboratoire incite les cellules réelles à détecter et à réagir aux signaux extérieurs

Des chercheurs impériaux ont programmé des cellules bactériennes pour qu’elles réagissent aux changements de lumière et de température à l’aide de machines cellulaires synthétiques.

L’innovation est un pas en avant pour le domaine de l’ingénierie cellulaire, une discipline qui vise à modifier et à exploiter la puissance des cellules biologiques pour des applications potentielles en médecine, en biofabrication et en biodétection.

Comme les organes de notre corps, les cellules vivantes contiennent des sous-structures appelées organites—des machines cellulaires qui effectuent des tâches spécifiques. Dans cette recherche, les scientifiques de l’Imperial College de Londres ont développé des organelles artificielles avant de les interfacer avec cellules bactériennes pour les inciter à détecter et à réagir aux signaux externes. Ils ont conçu les organites pour «traduire» des signaux externes comme la lumière et la chaleur en un «langage» chimique que les bactéries comprennent et réagissent en produisant des protéines.

L’auteur principal, le Dr Yuval Elani, du Département de génie chimique, déclare qu’« en utilisant nos organites artificiels, nous avons persuadé les bactéries de réagir à des signaux auxquels elles ne réagissent pas normalement. C’est comme ajouter un peu de code à une cellule pour lui donner de nouvelles fonctions.”

La recherche pourrait ouvrir la voie à des applications potentielles en médecine en permettant à des cellules artificiellement programmées de détecter les malades. Les cellules pourraient également être programmées pour produire et libérer des médicaments au contact de cellules malades.

Les cellules programmables peuvent également être utiles en biotechnologie, où elles pourraient fabriquer des matériaux tels que des médicaments, des protéines pour la production alimentaire et matériaux industriels comme les plastiques et les détergents.

Premier auteur de l’étude Ph.D. Le chercheur Ignacio Gispert, du Département de génie chimique, explique que «donner aux cellules de nouvelles fonctions en incorporant des organites artificielles est une approche entièrement nouvelle en ingénierie cellulaire. Nos organites artificielles constituent des modules programmables qui traduisent les entrées physiques en signaux chimiques.

“En prouvant la faisabilité de notre nouvelle approche, nous avons ouvert une nouvelle voie vers des cellules pouvant être contrôlées de manière externe à la demande.”

Les conclusions sont publiées dans Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).

Le pouvoir des cellules

Dans la discipline de l’ingénierie cellulaire de la biologie synthétique, les scientifiques conçoivent des cellules artificielles et des organites pour imiter la forme et la fonction des cellules biologiques. L’un des grands défis de ce domaine consiste à concevoir des cellules artificielles « non vivantes » pour communiquer avec leurs homologues biologiques « vivants ».

Les chercheurs étudient actuellement comment traduire leurs découvertes en thérapies de nouvelle génération pour les maladies.

L’un des objectifs dans le domaine de l’ingénierie cellulaire est de créer des cellules entièrement programmables capables de détecter directement des états pathologiques ou des signaux externes appliqués par un médecin. Par exemple, ces cellules peuvent détecter des températures élevées dans les tumeurs ou réagir à la lumière appliquée de l’extérieur en faisant briller les zones malades.

Un autre objectif est de faire en sorte que les cellules répondent à ces signaux. Cela pourrait se faire par la production et la libération d’un médicament qui se concentre spécifiquement sur ces cellules malades et n’agit que pendant la durée de l’exposition.

Le co-auteur, le Dr James Hindley du département de chimie de l’Impériale, déclare que “bien que nous ne montrons pas directement ces applications, nos recherches combinent la programmabilité de cellules artificielles sur mesure avec la puissance des cellules biologiques. Cela ouvre une toute nouvelle voie de potentiel pour étayer les applications futures en médecine et en biotechnologie. »