Cellules minimales artificielles : créer suffisamment de vie pour la recherche médicale

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  Prévision quantique
• 23 décembre 2022

Résumé des informations

En explorant les éléments essentiels de la vie, les scientifiques ont réduit les génomes pour créer un minimum de cellules, révélant ainsi les fonctions essentielles nécessaires à la vie. Ces efforts ont conduit à des découvertes et à des défis inattendus, tels que des formes cellulaires irrégulières, incitant à un raffinement et une compréhension plus approfondis des éléments essentiels de la génétique. Cette recherche ouvre la voie aux progrès de la biologie synthétique, avec des applications potentielles dans le développement de médicaments, l’étude des maladies et la médecine personnalisée.

Contexte des cellules minimales artificielles

La minimisation des cellules minimales artificielles ou du génome est une approche pratique de la biologie synthétique pour comprendre comment les interactions entre les gènes essentiels donnent lieu à des processus physiologiques vitaux. La minimisation du génome a utilisé une méthode de conception-construction-test-apprentissage qui reposait sur l'évaluation et la combinaison de segments génomiques modulaires et d'informations provenant de la mutagenèse par transposon (le processus de transfert de gènes d'un hôte à un autre) pour aider à guider les suppressions de gènes. Cette méthode a réduit les biais lors de la recherche de gènes essentiels et a donné aux scientifiques les outils nécessaires pour modifier, reconstruire et étudier le génome et ce qu'il fait.

En 2010, des scientifiques de l'Institut américain J. Craig Venter (JVCI) ont annoncé qu'ils avaient réussi à éliminer l'ADN de la bactérie Mycoplasma capricolum et à le remplacer par de l'ADN généré par ordinateur basé sur une autre bactérie, Mycoplasma mycoides. L'équipe a intitulé son nouvel organisme JCVI-syn1.0, ou "Synthétique", en abrégé. Cet organisme a été la première espèce autoréplicative sur Terre composée de parents informatiques. Il a été créé pour aider les scientifiques à comprendre le fonctionnement de la vie, en commençant par les cellules. 

En 2016, l'équipe a créé JCVI-syn3.0, un organisme unicellulaire avec moins de gènes que toute autre forme connue de vie simple (seulement 473 gènes par rapport aux 1.0 gènes de JVCI-syn901). Cependant, l'organisme a agi de manière imprévisible. Au lieu de produire des cellules saines, il a créé des cellules aux formes étranges lors de l'auto-réplication. Les scientifiques ont réalisé qu'ils avaient retiré trop de gènes de la cellule d'origine, y compris ceux responsables de la division cellulaire normale. 

Impact perturbateur

Déterminés à trouver un organisme sain avec le moins de gènes possible, des biophysiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont remixé le code JCVI-syn3.0 en 2021. Ils ont pu créer un nouvelle variante appelée JCVI-syn3A. Même si cette nouvelle cellule ne compte que 500 gènes, elle se comporte plutôt comme une cellule normale grâce aux travaux des chercheurs. 

Les scientifiques travaillent à dépouiller encore plus la cellule. En 2021, un nouvel organisme synthétique connu sous le nom de M. mycoides JCVI-syn3B a évolué pendant 300 jours, démontrant qu'il peut muter dans différentes circonstances. Les bioingénieurs sont également optimistes sur le fait qu'un organisme plus rationalisé peut aider les scientifiques à étudier la vie à son niveau le plus élémentaire et à comprendre comment les maladies progressent.

En 2022, une équipe de scientifiques de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, JVCI et de la Technische Universität Dresden, basée en Allemagne, a créé un modèle informatique de JCVI-syn3A. Ce modèle pourrait prédire avec précision la croissance et la structure moléculaire de son analogue réel. En 2022, c'était le modèle de cellule entière le plus complet qu'un ordinateur ait simulé.

Ces simulations peuvent fournir des informations précieuses. Ces données comprennent le métabolisme, la croissance et les processus d'information génétique au cours d'un cycle cellulaire. L'analyse offre un aperçu des principes de la vie et de la façon dont les cellules consomment de l'énergie, y compris le transport actif des acides aminés, des nucléotides et des ions. Alors que la recherche sur les cellules minimales continue de croître, les scientifiques peuvent créer de meilleurs systèmes de biologie synthétique qui peuvent être utilisés pour développer des médicaments, étudier des maladies et découvrir des thérapies génétiques.

Implications des cellules minimales artificielles

Les implications plus larges du développement de cellules minimales artificielles peuvent inclure : 

• Des collaborations plus globales pour créer des systèmes de vie dépouillés mais fonctionnels pour la recherche.
• Utilisation accrue de l'apprentissage automatique et de la modélisation informatique pour cartographier les structures biologiques, telles que les cellules sanguines et les protéines.
• Biologie synthétique avancée et hybrides machine-organisme, y compris corps sur puce et robots vivants. Cependant, ces expériences pourraient recevoir des plaintes éthiques de certains scientifiques.
• Certaines entreprises biotechnologiques et biopharmaceutiques investissent massivement dans des initiatives de biologie synthétique pour accélérer le développement de médicaments et de thérapies.
• Augmentation de l'innovation et des découvertes dans l'édition génétique à mesure que les scientifiques en apprennent davantage sur les gènes et sur la manière dont ils peuvent être manipulés.
• Renforcement de la réglementation sur la recherche biotechnologique pour garantir des pratiques éthiques, préservant à la fois l'intégrité scientifique et la confiance du public.
• Émergence de nouveaux programmes d’éducation et de formation axés sur la biologie synthétique et les formes de vie artificielles, dotant la prochaine génération de scientifiques de compétences spécialisées.
• Evolution des stratégies de soins de santé vers une médecine personnalisée, utilisant des cellules artificielles et la biologie synthétique pour des traitements et des diagnostics sur mesure.

Questions à considérer

• Si vous travaillez dans le domaine de la biologie synthétique, quels sont les autres avantages des cellules minimales ?
• Comment les organisations et les institutions peuvent-elles travailler ensemble pour faire progresser la biologie synthétique ?