Les cellules sont l'unité de base de la vie. Ils fournissent un environnement pour que les molécules fondamentales de la vie interagissent, pour que des réactions se produisent et maintiennent la vie. Cependant, la cellule biologique est très compliquée, rendant difficile la compréhension de ce qui se passe à l'intérieur. Une façon de s'attaquer à ce problème biologique consiste à concevoir une cellule minimale synthétique comme un système plus simple par rapport aux cellules biologiques. Des chercheurs du Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics de Dresde et du Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces de Potsdam ont relevé un tel défi technique en construisant une cellule synthétique capable d'encapsuler des réactions biochimiques fondamentales. Ils montrent également qu'un tel système minimal peut répondre aux changements d'environnement.

Les cellules constituent les éléments de base de la vie. Ils fournissent un environnement distinct et dynamique pour l'organisation des molécules et des réactions nécessaires au maintien de la vie. À l'intérieur de la cellule, il y a d'innombrables molécules dont l'ADN, protéines, sucres, et les graisses (lipides) qui doivent se réunir de différentes manières. Comprendre, comment les cellules organisent tous ces composants pour fonctionner dans un environnement complexe, les scientifiques ont construit des cellules synthétiques avec moins de composants pour concevoir des systèmes simples qui imitent certains processus cellulaires. Ce domaine de recherche de la biologie synthétique combine l'ingénierie et la biologie et se concentre sur la prise de parties du système biologique naturel et sa simplification.

Malgré de nombreux progrès dans le domaine de la biologie synthétique, construire des systèmes dynamiques est encore très difficile. L'équipe de recherche, financé par le réseau MaxSynBio, composé de Dora Tang du Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics à Dresde en collaboration avec Rumiana Dimova et Tom Robinson du Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces ont maintenant construit une cellule synthétique qui peut réagir aux changements de la environnement. Les chercheurs ont construit un compartiment avec une membrane qui contient un sous-compartiment sans membrane à l'intérieur. Ce sous-compartiment peut se monter et se démonter en fonction de l'évolution de l'environnement.

Sous-compartiments réactifs

Le principal défi au cours de ce processus était de créer un sous-compartiment à partir de molécules qui flottaient dans la cellule synthétique. Ces cellules ont été visualisées par microscopie à fluorescence. Célina Amour, le premier auteur de l'étude, explique :« Tout comme nos papilles peuvent nous faire ressentir des goûts salés ou acides, composants à l'intérieur d'une cellule peuvent également répondre à l'acidité d'un environnement. Nous avons découvert qu'en modifiant le pH de l'environnement, nous pouvons affecter le comportement des molécules qui se rassemblent et leur capacité à former des sous-compartiments. C'était particulièrement excitant de voir comment les réactions chimiques pouvaient être activées et désactivées en modifiant l'acidité dans la cellule synthétique."

Dora Tang, le directeur de l'étude, donne une perspective :« Notre travail est une avancée majeure dans la conception de cellules synthétiques plus complexes qui peuvent imiter des comportements biologiques. Ce système synthétique accordable présente des possibilités passionnantes pour répondre à des questions fondamentales en biologie, comme la façon dont les cellules intègrent une multitude et une variété de signaux de l'environnement pour exécuter et régler des fonctions cellulaires de base telles que le métabolisme. »