Image de microscopie confocale à fluorescence montrant une coupe transversale d'une protocellule imbriquée hôte-invité constituée d'un protéinosome invité capturé (vert) piégé à l'intérieur d'une micro-gouttelette de coacervat hôte (rouge). Crédit :Professeur Stephen Mann et Dr Nicolas Martin, Université de Bristol.
Des chercheurs de l'Université de Bristol ont montré que les cellules artificielles résidentes abandonnent leurs hôtes protocellulaires en affichant un comportement antagoniste lors de la réception d'un signal chimique.
Le travail ouvre de nouvelles perspectives pour développer des matériaux synthétiques souples dotés de propriétés réalistes.
Les cellules vivantes coopèrent et rivalisent entre elles pour maximiser leur survie et optimiser leur comportement collectif. La reproduction de ces comportements dans des communautés d'entités synthétiques semblables à des cellules (protocellules) est extrêmement difficile et nécessite que différents types de protocellules soient réunis à proximité immédiate afin qu'ils puissent fonctionner à l'unisson, Ou bien, travailler les uns contre les autres.
Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Communication Nature , Le professeur Stephen Mann de l'école de chimie de Bristol, avec ses collègues Dr Nicolas Martin, Yan Qiao, Richard Booth et Mei Li au Bristol Center for Protolife Research, et le collaborateur français Jean-Paul Douliez de l'Université de Bordeaux ont relevé ce défi en concevant deux types de protocellules contenant des enzymes, qui, lorsqu'ils sont mélangés, s'assemblent spontanément en communautés hôtes-invités imbriquées qui fonctionnent de manière synergique ou antagoniste en fonction de la force d'un signal chimique.
L'équipe a utilisé de grosses gouttelettes d'un complexe d'acides gras sensible au pH (coacervat) et de petites microcapsules protéine-polymère (protéinosomes) comme protocellules hôtes et invitées, respectivement. En créant des interactions attractives entre les deux types de protocellules, les protéinosomes ont été spontanément capturés et internalisés dans les microgouttelettes de coacervat pour produire une communauté emboîtée.
Les chercheurs ont chargé enzymatiquement la communauté nichée en piégeant la glucose oxydase et la peroxydase de raifort à l'intérieur des protéinosomes et coacervat les micro-gouttelettes, respectivement. L'ajout de faibles quantités de glucose dans l'environnement a produit une interaction coopérative entre l'hôte et les protocellules invitées, de sorte que les deux enzymes ont travaillé ensemble pour produire une cascade chimique spatialement couplée.
Cependant, l'augmentation du niveau du signal de glucose a retourné les protocellules invitées contre leur hôte, ce qui a conduit au désassemblage induit par le pH des gouttelettes de coacervat et à la libération des protéinosomes résidents. Une caractéristique surprenante du processus d'auto-reconfiguration était que les gouttelettes se restructuraient en petites vésicules d'acides gras qui se sont retrouvées piégées à l'intérieur des protéinosomes éjectés pour produire un nouveau type de protocellule emboîtée.
Le professeur Stephen Mann a déclaré :« Bien que la recherche en soit à un stade précoce, notre vision à long terme est de développer des réseaux d'interaction dynamiques dans des communautés de protocellules synthétiques. Cela pourrait offrir de nouvelles opportunités pour la conception de microsystèmes fonctionnels ressemblant à la vie qui fonctionnent collectivement, par exemple en tant que capteurs intelligents, agents d'administration et de libération de médicaments, et des modules à micro-échelle pour la capture et le stockage d'énergie."
