Cuire un gâteau à partir de zéro est une tâche jugée difficile pour beaucoup. Construire un système semblable à une cellule artificielle à partir de zéro, ben c'est une autre histoire.

"Synthétiser des cellules à partir de zéro est d'une importance fondamentale pour comprendre ce qu'est la vie, " a déclaré le professeur Yohei Yokobayashi, chef de l'unité de chimie et d'ingénierie des acides nucléiques de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST).

Les scientifiques du monde entier commencent à créer des cellules artificielles simples qui remplissent certaines fonctions biologiques de base et qui contiennent de petits brins d'ADN ou d'ARN. Cependant, faire en sorte que ces fragments de matériel génétique expriment leurs protéines codées en réponse à des signaux précis a été un défi.

Maintenant, Yokobayashi et d'autres chercheurs de l'OIST et de l'Université d'Osaka ont trouvé un moyen de faire interagir des cellules artificielles avec un large éventail de produits chimiques. Ils ont développé un riboswitch - un interrupteur génétique qui détecte les signaux chimiques - qui peut répondre à l'histamine, un composé chimique qui est naturellement produit dans le corps. En présence de ce produit chimique, le riboswitch active un gène à l'intérieur des cellules artificielles. Un tel système, pourrait un jour être utilisé comme une nouvelle façon d'administrer les médicaments, dit Yokobayashi, un auteur correspondant sur une étude récente en Journal de l'American Chemical Society , qui décrit l'approche.

"Nous voulons que les cellules libèrent des médicaments en fonction de leur détection d'histamine, " a déclaré Yokobayashi. " Le but ultime est que les cellules de votre intestin utilisent l'histamine comme signal pour libérer la quantité appropriée de médicament pour traiter une maladie. "

Sélection du signal

Les scientifiques ont choisi l'histamine comme signal chimique pour leurs cellules artificielles, car il s'agit d'un composé biologique important dans le système immunitaire. Si vous ressentez une démangeaison, l'histamine est probablement le coupable. Il est également libéré par le corps lors de réactions allergiques et aide à se défendre contre les agents pathogènes étrangers en stimulant l'inflammation.

Pour détecter l'histamine, ils ont créé une molécule appelée aptamère d'ARN. Les aptamères d'ARN sont de petits segments de blocs de construction d'ARN qui peuvent être conçus pour agir comme agents de liaison à des molécules cibles spécifiques. Il a fallu Yokobayashi et ses collègues, les anciens post-doctorants de l'OIST Dr. Mohammed Dwidar et Dr. Shungo Kobori et OIST Ph.D. étudiant Charles Whitaker, deux ans pour créer un aptamère ciblant l'histamine.

Prochain, l'équipe a développé un soi-disant riboswitch qui transformerait cette détection de signal en action, en particulier, traduire un gène pour produire une protéine. Normalement, les cellules produisent des protéines lorsque des matrices constituées d'ARN messager (ARNm) se lient à des structures cellulaires appelées ribosomes. Ici, les scientifiques ont utilisé l'aptamère d'histamine pour concevoir un riboswitch qui modifie la forme de l'ARNm lors de la liaison à l'histamine. En l'absence d'histamine, la forme de l'ARNm empêche le ribosome de se lier, et aucune protéine n'est produite. ARNm lié à l'histamine, cependant, permet au ribosome de se lier et de synthétiser des protéines.

« Nous avons démontré que les riboswitches peuvent être utilisés pour faire réagir les cellules artificielles aux composés chimiques et aux signaux souhaités, " dit Yokobayashi.

L'étape suivante a résulté d'une collaboration avec l'auteur principal, le professeur Tomoaki Matsuura et l'étudiant diplômé Yusuke Seike du Département de biotechnologie de l'Université d'Osaka. Matsuura et Seike ont mis le riboswitch sans cellule créé par l'équipe de Yokobayashi dans des vésicules lipidiques pour créer des cellules artificielles. L'équipe d'Osaka a attaché le riboswitch à un gène exprimant une protéine fluorescente, de sorte que lorsque le riboswitch a été activé par l'histamine, le système a brillé. Puis, ils contrôlaient une autre protéine par le riboswitch, une protéine qui crée des pores à l'échelle nanométrique sur la membrane cellulaire. Lorsque l'aptamère a détecté de l'histamine, un composé fluorescent encapsulé dans les vésicules a été libéré des cellules à travers les pores, modéliser la façon dont le système libérerait un médicament.

Les scientifiques ont également créé un « interrupteur d'arrêt » qui ordonne à la cellule de s'autodétruire, créant ainsi un contrôle pour la technologie.

La technologie en est aux premiers stades de développement. L'étape suivante consiste à rendre les cellules artificielles plus sensibles à une plus petite quantité d'histamine. L'utilisation médicale peut être dans un avenir lointain, mais le potentiel existe, disent les scientifiques.