Images de microscopie optique (en haut) et à fluorescence (en bas) d'une communauté de protocellules montrant quatre types de protocellules produites spontanément dans un gradient chimique d'intersection. Deux morphogènes artificiels différents sont injectés des côtés gauche et droit du réseau le long de l'axe x pour générer un gradient opposé qui se traduit par différents changements de forme, composition et fluorescence dans les protocellules. Les étiquettes des types à changement de forme sont affichées dans la rangée supérieure. Crédit :Université de Bristol
Inspiré des processus de différenciation cellulaire observés en biologie du développement, une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l'Université de Bristol a démontré une nouvelle approche spontanée pour construire des communautés d'entités de type cellulaire (protocellules) à l'aide de gradients chimiques.
Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue Communication Nature , Le professeur Stephen Mann de l'école de chimie de Bristol, avec ses collègues Dr Liangfei Tian, Dr Mei Li, et le Dr Avinash Patil du Bristol Center for Protolife Research, et le professeur Bruce Drinkwater de la Faculté de génie a utilisé un gradient chimique pour transformer une population uniforme de petites gouttelettes en une communauté diversifiée de cellules artificielles.
L'équipe a d'abord utilisé des ondes ultrasonores pour créer des rangées régulières de milliers de gouttelettes contenant la molécule de stockage d'énergie ATP. Ils ont ensuite permis à des molécules à changement de forme (morphogènes artificiels) de se diffuser dans une direction à travers la population.
Lorsque les morphogènes sont entrés en contact avec les gouttelettes, les gouttelettes transformées rangée par rangée en protocellules membranaires de formes différentes, compositions chimiques et activités enzymatiques. La façon dont les gouttelettes ont changé dépendait de la concentration locale de morphogène dans le gradient chimique en progression.
On a vu des vagues de différenciation traverser la population, laissant un modèle de protocellules différenciées telles qu'une communauté complexe et ordonnée a émergé spontanément de la population homogène.
Le professeur Mann a déclaré :« Ce travail ouvre un nouvel horizon dans la recherche sur les protocellules, car il met en évidence les opportunités de construire spontanément des communautés de protocellules avec une structure et une fonctionnalité graduées.
« Bien que la recherche ne fasse que commencer, les résultats constituent une étape vers le développement de plates-formes de cellules artificielles pour la détection et la surveillance chimiques dans des conditions de non-équilibre (basées sur le flux). »
Le Dr Tian a ajouté :« Comme les protocellules à base de gouttelettes ont été proposées comme progéniteurs plausibles des protocellules liées à la membrane sur la Terre primitive, notre travail pourrait avoir des implications pour les théories contemporaines de l'origine de la vie.
"En particulier, comme les gradients chimiques produisent une diversité de protocellules à partir de populations uniformes, peut-être qu'un mécanisme similaire était responsable de l'émergence de la complexité fonctionnelle dans les anciens systèmes proto-vivants."
