Une bulle de gras, quelques molécules sans vie à l’intérieur. Puis la bulle s’est mise à manger, à grossir, à recopier son ADN, avant de se pincer en deux. Ce que des biologistes du Minnesota ont filmé au microscope ressemble à s’y méprendre à du vivant. Sauf qu’au départ, rien n’était vivant.
Leur création s’appelle SpudCell. C’est, selon ses concepteurs, la première cellule synthétique capable de boucler un cycle de vie complet en partant uniquement de composants chimiques inertes. Les professeurs Kate Adamala et Aaron Engelhart, de l’université du Minnesota, ont décrit ce résultat dans une étude mise en ligne le 1er juillet, encore en attente de relecture par les pairs. La revue Quanta Magazine, qui a épluché leurs travaux, y voit le démonstrateur le plus proche du vivant jamais assemblé à la main.
« C’est sans doute le projet le plus excitant sur lequel j’ai travaillé », confie Adamala. « Nous avons reproduit en chimie ce qui n’existait qu’en biologie. Les fonctions les plus fondamentales du vivant, grandir, se reproduire, n’ont pas besoin d’une étincelle magique. »
Cinq générations à partir de matière morte
Une cellule vivante fait quatre choses: elle grandit, elle duplique son ADN, elle se divise, elle évolue. SpudCell coche les trois premières. L’équipe a enfermé dans une membrane de lipides un jeu de molécules capable de lire des gènes, de fabriquer des protéines et de copier son propre code. Pour la nourrir, les chercheurs ont préparé d’autres bulles remplies de sucres, de lipides et de ribosomes, ces usines à protéines. Une protéine modifiée, plantée dans la paroi, attire ces réserves: quand une bulle vient buter contre la cellule, les deux membranes fusionnent et le ravitaillement se déverse à l’intérieur.
Ainsi alimentée, la cellule a grossi puis s’est scindée en deux cellules filles. Les chercheurs ont alors introduit une modification génétique qui dopait la croissance. Au bout de cinq générations, la variante rapide avait supplanté l’originale, et l’écart se creusait encore quand la nourriture se faisait rare. Une forme de sélection venait de s’enclencher dans un système entièrement chimique.
Le verrou de la division enfin forcé
C’est sur la division que le domaine butait depuis des années. Une vraie cellule se coupe en deux grâce à son cytosquelette, un réseau de fibres qui la réorganise de l’intérieur. Impossible, jusqu’ici, de recréer ce ballet en éprouvette. Adamala a choisi de le contourner. En dépouillant la littérature scientifique, elle tombe sur une méthode décrite par le physicien Reinhard Lipowsky, de l’institut Max-Planck: coller des protéines sur la membrane jusqu’à ce qu’elles s’y entassent et la fassent plier sous la contrainte, forçant la coupure. Après plusieurs essais, la bulle s’est divisée seule. « Je ne m’autorisais pas à y croire », raconte la chercheuse à Quanta. « À force de vérifier, tu finis par te dire: bon, cette fois c’est réel. »
Un génome minuscule sur sept fragments
Les chiffres disent l’ampleur du bricolage. Le génome humain pèse environ 3 millions de kilobases. Les biologistes estimaient qu’une cellule vivante ne pouvait guère descendre sous les 113 kilobases. Celui de SpudCell en fait 90, réparties non pas sur un chromosome unique mais sur sept fragments d’ADN indépendants. Cette architecture en modules autorise à programmer chaque fonction séparément, comme des briques que l’on ajoute ou que l’on retire. Le tout tient sur une centaine de protéines et de petites molécules, plus un kit commercial de trente-six enzymes chargées de lire l’ADN et d’assembler les protéines. Une partie de la machinerie de copie provient de laboratoires européens, dont celui du Français Christophe Danelon, à l’institut de biotechnologie de Toulouse.
Pourquoi ces cellules s’appellent des patates
Le nom, lui, doit tout à une plaisanterie. Dans le laboratoire, les étudiants avaient commencé à parler d' »Adamala cells », un hommage que la principale intéressée détestait. Elle leur a demandé de trouver n’importe quoi d’autre, suggérant à la rigolade des pommes de terre. Va pour la patate: « spud » en anglais. « Je suis polonaise, je suis surtout faite de pommes de terre, alors ça me convient », s’amuse la chercheuse. Vue au microscope, sa création n’a d’ailleurs rien de spectaculaire. « C’est un petit blob », reconnaît-elle.
Vivante ? Surtout pas, préviennent-ils
Il faut refroidir l’emballement. SpudCell n’est vivante par aucune définition, martèle l’équipe. Privée de livraisons permanentes de nourriture et de ribosomes qu’elle ne sait pas produire, la cellule s’éteint. Elle n’a ni défenses ni système d’évacuation des déchets. « La cellule moderne, c’est un Dreamliner », résume Adamala en désignant l’avion de Boeing. « Nous, on a construit un planeur des frères Wright, le premier cadre de vélo à ailes qui vole sur trente mètres. » Jack Szostak, prix Nobel et ancien directeur de thèse d’Adamala, salue « une étape impressionnante », mais rappelle que l’objet reste loin d’une bactérie tant qu’il ne fabrique pas ses propres ribosomes. Michael Lynch, biologiste de l’évolution en Arizona, parle d’un « tour de force » tout en mettant en garde contre la surenchère.
Fabriquer des médicaments dans une cellule sur mesure
Pourquoi s’acharner à recréer ce que la nature réussit depuis quatre milliards d’années? Parce qu’une cellule dont on connaît chaque ingrédient devient une usine programmable. Depuis longtemps, deux écoles s’affrontent: celle de John Glass, à l’institut fondé par le pionnier Craig Venter, rabote des bactéries existantes jusqu’au génome minimal; Adamala, elle, part de la matière morte et remonte pièce par pièce. « Combiner tout cela est un accomplissement technique stupéfiant », tranche Glass, qui pronostique « un événement charnière pour la biologie ». À terme, ces cellules pourraient produire des carburants sans pétrole, des matériaux que l’on cultive au lieu de les synthétiser, ou des médicaments intégrant des acides aminés que l’évolution n’a jamais employés.
En dévoilant SpudCell, l’équipe a lancé dans la foulée Biotic, une structure à but non lucratif chargée de mettre ces outils à disposition des laboratoires du monde entier. Le chantier reste colossal: fusionner les sept fragments d’ADN en un seul génome stable, apprendre à la cellule à fabriquer ses ribosomes, et surtout dénicher l’enzyme qui glissera juste assez d’erreurs pour qu’une vraie évolution démarre. Ni trop, ni trop peu. Adamala résume l’ambition en une question qui tient lieu de feuille de route: « Que sait faire d’autre la biologie ? »
