Un grand défi pour la production de cellules synthétiques est qu'elles doivent être capables de se diviser pour avoir une progéniture. Dans la revue Angewandte Chemie , une équipe de Heidelberg a maintenant mis en place un mécanisme de division reproductible pour les vésicules synthétiques. Il est basé sur l'osmose et peut être contrôlé par une réaction enzymatique ou lumineuse.

Les organismes ne peuvent pas simplement émerger d'un matériau inanimé ("abiogenèse"), les cellules proviennent toujours de cellules préexistantes. La perspective de cellules synthétiques nouvellement construites à partir de zéro modifie ce paradigme. Cependant, un obstacle sur cette voie est la question de la division contrôlée — une exigence pour avoir une « progéniture ».

Une équipe du Max Planck Institute for Medical Research à Heidelberg, Université de Heidelberg, l'école Max Planck Matter to Life, et Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order, dirigé par Kerstin Göpfrich, a maintenant franchi une étape importante en obtenant un contrôle complet sur la division des vésicules. Pour y parvenir, ils ont produit « de gigantesques vésicules unilamellaires, " qui sont des bulles de la taille d'un micromètre avec une coquille constituée d'une bicouche lipidique qui ressemble à une membrane naturelle. Une variété de lipides a été combinée pour produire des vésicules séparées par des phases - des vésicules avec des hémisphères membranaires qui ont des compositions différentes. Lorsque la concentration de substances dissoutes dans la solution environnante est augmentée, l'osmose fait sortir l'eau de la vésicule à travers la membrane. Cela réduit le volume de la vésicule tout en gardant la surface de la membrane égale. La tension résultante à l'interface de phase déforme les vésicules. Ils se resserrent le long de leur "équateur" - de plus en plus avec l'augmentation de la pression osmotique - jusqu'à ce que les deux moitiés se séparent complètement pour former deux "cellules filles" (maintenant monophasées) avec des compositions membranaires différentes. Lorsque la séparation qui se produit ne dépend que du rapport de concentration des particules osmotiquement actives (osmolarité) et est indépendante de la taille de la vésicule.

La méthode par laquelle l'osmolarité est élevée ne joue également aucun rôle. Les méthodes utilisées par l'équipe comprenaient l'utilisation d'une solution de saccharose et l'ajout d'une enzyme qui sépare le glucose et le fructose pour augmenter lentement la concentration. L'utilisation de la lumière pour initier la division des molécules dans la solution a donné aux chercheurs un contrôle spatial et temporel complet sur la séparation. En utilisant étroitement contrôlé, une irradiation locale a permis d'augmenter sélectivement la concentration autour d'une seule vésicule, le déclenchant pour se diviser sélectivement.

L'équipe est également capable de faire croître les cellules monophasées en vésicules séparées par des phases en les fusionnant avec de minuscules vésicules qui ont l'autre type de membrane. Cela a été rendu possible en attachant des brins simples d'ADN aux deux différents types de membrane. Ceux-ci se lient les uns aux autres et mettent les membranes de la cellule fille et de la mini vésicule en contact très étroit afin qu'elles puissent fusionner. Les gigantesques vésicules résultantes peuvent ensuite subir d'autres cycles de division.

"Bien que ces mécanismes de division synthétique diffèrent considérablement de ceux des cellules vivantes, " dit Göpfrich, "la question se pose de savoir si des mécanismes similaires ont joué un rôle dans les débuts de la vie sur terre ou sont impliqués dans la formation de vésicules intracellulaires."