Une version simplifiée d'une cellule artificielle produit des protéines fonctionnelles et les trie même.
Pendant des années, les scientifiques du monde entier ont rêvé de construire un fonctionnel, cellule artificielle. Bien que cette vision soit encore un lointain flou à l'horizon, beaucoup font des progrès sur divers fronts. Le professeur Roy Bar-Ziv et son équipe de recherche du département Matériaux et interfaces de l'Institut Weizmann ont récemment fait un pas important dans cette direction en créant un système de type cellulaire sur une puce de verre. Ce système, composé de certaines des molécules biologiques de base trouvées dans les cellules - ADN, ARN, protéines – remplissent l'une des fonctions centrales d'une cellule vivante :l'expression des gènes, le processus par lequel l'information stockée dans les gènes est traduite en protéines. Plus que ça, il a permis aux scientifiques, dirigé par l'étudiante-chercheuse Yael Heyman, pour obtenir des « instantanés » de ce processus en résolution nanométrique.
Le système, constitué de copeaux de verre de seulement huit nanomètres d'épaisseur, est basé sur un précédent conçu dans le laboratoire de Bar-Ziv par le Dr Shirley Daube et l'ancien étudiant Dr Amnon Buxboim. Après avoir été recouvert d'une substance photosensible, les puces sont irradiées avec des faisceaux focalisés de lumière ultraviolette, ce qui permet aux molécules biologiques de se lier à la substance dans les zones irradiées. De cette façon, les scientifiques ont pu placer avec précision des molécules d'ADN codant pour une protéine marquée d'un marqueur fluorescent vert dans une zone de la puce et des anticorps qui « piègent » les protéines colorées dans une zone contiguë. Lorsqu'ils ont observé les puces au microscope à fluorescence, la zone dans laquelle ils avaient placé les anticorps a viré au vert brillant. Cela signifiait que les instructions d'ADN avaient été copiées dans des molécules d'ARN, qui ont été à leur tour traduites en protéines vertes fluorescentes. Les protéines vertes ont ensuite été piégées par les anticorps.
Prochain, les scientifiques ont demandé si leur système semblable à une cellule pouvait reproduire des assemblages structuraux complexes de protéines naturelles. Cette fois, ils ont attaché un gène viral à la surface des puces codant pour une protéine qui peut s'auto-assembler en un nanotube. Avec l'aide du Dr Sharon Wolf de l'Unité de Microscopie Electronique, ils ont observé une forêt de minuscules tubes jaillissant de la zone des anticorps au microscope électronique.
Les chercheurs ont ensuite cherché un moyen de produire et de piéger plusieurs protéines simultanément en confinant chaque protéine dans la zone de son gène sur la puce. Au-dessus de la puce à laquelle l'ADN codant pour les protéines vertes était lié, les scientifiques ont ajouté une solution avec un deuxième gène codant pour une protéine rouge. Les protéines rouges et vertes résultantes ont rivalisé pour se lier aux pièges à anticorps, produisant une séparation spatiale graduée dans laquelle les anticorps les plus proches des gènes verts avaient la concentration la plus élevée de protéine verte, avec des concentrations rouges augmentant plus loin.
Les résultats de cette recherche sont parus récemment dans Nature Nanotechnologie .
Bar-Ziv :"Nous avons montré qu'il est possible de construire une "ligne de production" de protéines à l'extérieur de la cellule et de l'utiliser pour observer un spectre d'activités protéiques." À l'avenir, un tel système peut passer de l'observation de protéines à la base de techniques permettant de créer des complexes, structures protéiques actives à la demande.
