La vie à sa plus simple expression : des scientifiques créent une "membrane cellulaire minimale" avec seulement deux lipides
Effets surprenants d'un régime à deux lipides
Les lipides, ou graisses, sont essentiels à la vie. Ils forment les membranes qui entourent les cellules et les protègent de l'extérieur. Dans la nature, il existe une énorme diversité de lipides, chaque organisme ayant sa propre combinaison. Mais quelles sont les exigences minimales en matière de lipides pour qu'une cellule puisse survivre ? Une équipe de chercheurs du B CUBE - Center for Molecular Bioengineering de l'université technologique TUD de Dresde a montré que les cellules peuvent fonctionner avec seulement deux lipides. Ils ont créé une cellule dotée d'une membrane minimale et adaptable, offrant ainsi une plateforme unique pour étudier l'évolution de la complexité des lipides et la manière dont elle peut être conçue pour la vie synthétique. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
Les membranes sont comme des bulles qui encapsulent les cellules et les séparent de leur environnement. Les membranes servent également de plateformes où les molécules interagissent, coordonnant des processus essentiels à la vie.
"Il existe une énorme diversité de lipides dans la nature, et presque chaque organisme possède son propre ensemble de lipides, connu sous le nom de lipidome. Les cellules humaines, par exemple, utilisent des centaines de types de lipides différents", explique le Dr James Sáenz, chef du groupe de recherche au B CUBE, qui a dirigé l'étude. "Pourtant, ces différents mélanges de lipides apportent tous des solutions aux mêmes défis clés de l'évolution : créer une barrière stable et organiser les biomolécules dans l'espace et le temps. Nous voulons comprendre pourquoi tant de lipides différents ont évolué, pourquoi la vie en a besoin et comment ils peuvent être utilisés pour concevoir des systèmes vivants synthétiques".
Tester les limites du lipidome
Pour son étude, le groupe a commencé par Mycoplasma mycoides, une bactérie pathogène naturellement simple. Contrairement à la plupart des cellules, Mycoplasma ne peut pas fabriquer ses propres lipides et doit utiliser ceux fournis par son hôte. En supplémentant systématiquement les cellules avec différentes combinaisons de lipides, les chercheurs ont identifié la combinaison essentielle nécessaire à la survie et à la division.
Ils ont découvert que les cellules peuvent survivre avec un "régime" composé de seulement deux lipides : le cholestérol et un autre lipide formant la bicouche, la phosphatidylcholine.
"Ces deux lipides ne sont pas nécessairement les seuls à pouvoir permettre la vie", explique Isaac Justice, le doctorant qui a mené le projet. "Mais le fait de disposer à la fois d'un lipide formant une bicouche, qui fournit la structure de base de la membrane cellulaire, et d'un lipide ne formant pas de bicouche, comme le cholestérol, qui ajoute de la stabilité, semble être une exigence fondamentale."
Les effets surprenants d'un régime à deux lipides
L'équipe a observé au microscope électronique les cellules soumises à un régime lipidique minimal et a constaté des effets spectaculaires sur la forme et la taille des cellules. Certaines cellules ont grandi jusqu'à dix fois leur taille habituelle, tandis que d'autres ont pris des formes et des déformations inhabituelles.
"Ce qui m'a le plus surpris", explique le professeur Justice, "c'est qu'environ la moitié des cellules ne contenant que deux lipides semblaient tout à fait normales. Elles étaient rondes et se divisaient bien. Malgré la réduction drastique de la complexité des lipides, elles continuaient à fonctionner étonnamment bien."
Le défi de la réduction de la complexité
Il n'a pas été facile de parvenir à cette combinaison lipidique minimale. Les premières expériences ont montré que les mycoplasmes pouvaient modifier la plupart des lipides qu'on leur donnait, les transformant en de nouveaux types.
"Lorsque nous avons fourni du cholestérol et un phospholipide commun à la bicouche, les cellules ont pu générer environ 30 lipides différents à partir de ces deux éléments", explique le Dr Sáenz. Pour contrôler la composition lipidique minimale, l'équipe a fourni aux cellules des lipides très similaires, mais reliés par un autre type de liaison chimique que les cellules n'étaient pas en mesure de décomposer avec leurs enzymes.
Rétro-ingénierie de la complexité de la vie
Après avoir identifié le régime lipidique minimal, les chercheurs l'ont appliqué à une "cellule minimale" appelée JVCI-Syn3A, qui a été conçue à l'Institut J. Craig Venter pour ne contenir que les gènes essentiels à la survie. Maintenant, avec un génome et un lipidome minimaux, cette cellule constitue un nouvel outil puissant pour la biologie synthétique.
Ce système cellulaire minimal constitue une plateforme unique pour étudier comment les lipides soutiennent la vie. En utilisant les principes de la biologie synthétique ascendante, les chercheurs peuvent maintenant réintroduire différentes parties du lipidome de manière ciblée et explorer les changements correspondants dans la fonction cellulaire.
"On peut considérer qu'il s'agit d'une rétro-ingénierie de l'évolution de la complexité des lipides. Nous ne recréons pas nécessairement les lipides qui étaient présents dans la vie ancienne. Nous ne le pourrions pas. Nous ne savons tout simplement pas de quoi il s'agit. En revanche, nous réintroduisons la complexité dans la membrane de manière systématique, étape par étape", explique M. Justice.
"En trouvant les exigences minimales en matière de lipides pour une cellule vivante, nous disposons maintenant d'une plate-forme expérimentale pour comprendre pourquoi certaines structures lipidiques ont évolué et comment elles soutiennent la vie", déclare le Dr Sáenz. "Ces connaissances pourraient un jour nous aider à concevoir des cellules synthétiques dotées de membranes sur mesure pour des applications spéciales dans les domaines de la biotechnologie et de la médecine.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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