Origami ARN : des cytosquelettes artificiels pour construire des cellules synthétiques
Des biologistes synthétiques créent des nanotubes pliés à partir de la biomolécule naturelle ARN
Avec l'objectif à long terme de créer des cellules vivantes à partir de composants non vivants, les scientifiques du domaine de la biologie synthétique travaillent avec l'origami d'ARN. Cet outil utilise la multifonctionnalité de la biomolécule naturelle d'ARN pour plier de nouveaux blocs de construction, rendant la synthèse des protéines superflue. Dans sa quête de la cellule artificielle, une équipe de recherche dirigée par le professeur Kerstin Göpfrich du Centre de biologie moléculaire de l'université de Heidelberg a franchi un obstacle crucial. En utilisant la nouvelle technique de l'origami d'ARN, ils ont réussi à produire des nanotubes qui se plient en structures semblables à un cytosquelette. Le cytosquelette est un composant structurel essentiel des cellules qui leur confère stabilité, forme et mobilité. Les travaux de recherche constituent la base potentielle d'une machinerie ARN plus complexe.
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L'un des principaux défis de la construction de cellules synthétiques est la fabrication de protéines, qui sont responsables de la quasi-totalité des processus biologiques de l'organisme et rendent ainsi la vie possible. Pour les cellules naturelles, le dogme central de la biologie moléculaire décrit comment la synthèse des protéines se produit par la transcription et la traduction de l'information génétique dans la cellule. Au cours de ce processus, l'ADN est transcrit en ARN, puis traduit en protéines fonctionnelles qui subissent ensuite un repliement pour obtenir leur structure correcte, ce qui est essentiel à leur bon fonctionnement. "Plus de 150 gènes sont impliqués dans ce seul processus complexe", explique le professeur Göpfrich qui, avec son équipe "Ingénierie biophysique de la vie", mène des recherches au Centre de biologie moléculaire de l'université de Heidelberg (ZMBH).
Les travaux du professeur Göpfrich commencent par la question de savoir comment créer des cellules synthétiques qui contournent la synthèse des protéines, essentielle dans les cellules vivantes. Elle utilise la technique de l'origami ARN, qui repose sur l'idée que l'information génétique - le plan de la structure cellulaire, par exemple - est traduite uniquement à l'aide d'ARN auto-pliant. Une séquence d'ADN est d'abord conçue par ordinateur. Elle code la forme que l'ARN doit prendre après s'être replié. Pour se rapprocher de la structure souhaitée, des motifs d'ARN appropriés doivent être sélectionnés et traduits dans un modèle génétique qui est finalement synthétisé sous la forme d'un gène artificiel. L'ARN polymérase est utilisée pour mettre en œuvre le schéma directeur qu'il contient. L'enzyme lit les informations stockées dans le modèle et fabrique le composant ARN correspondant. Des algorithmes spécifiquement développés auparavant garantissent que le pliage prévu se produit correctement.
Grâce à l'origami ARN, la biologiste synthétique de Heidelberg et son équipe ont réussi à créer un composant structurel essentiel des cellules synthétiques : un cytosquelette artificiel. Les microtubes d'ARN, qui ne mesurent que quelques microns, forment un réseau qui ressemble à une structure cellulaire naturelle. Selon le professeur Göpfrich, les nanotubes constituent une nouvelle étape vers la construction de cellules synthétiques. Les chercheurs ont testé l'origami d'ARN dans une vésicule lipidique, un modèle cellulaire simple largement utilisé en biologie. À l'aide d'aptamères d'ARN, le cytosquelette artificiel a été lié aux membranes cellulaires. Grâce à des mutations ciblées du modèle génétique - la séquence d'ADN - il a également été possible d'influencer les propriétés du squelette d'ARN.
"Contrairement à l'origami ADN, l'avantage de l'origami ARN est que les cellules synthétiques peuvent fabriquer elles-mêmes leurs éléments constitutifs", souligne Kerstin Göpfrich. Elle ajoute que cela pourrait ouvrir de nouvelles perspectives sur l'évolution dirigée de ces cellules. L'objectif à long terme de la recherche est de créer une machinerie moléculaire complète pour les cellules synthétiques à base d'ARN.
La recherche actuelle s'inscrit dans le cadre d'une bourse de démarrage du Conseil européen de la recherche accordée au professeur Göpfrich par le Conseil européen de la recherche. Le financement a également été assuré par le Human Frontier Science Program, le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche, le ministère des sciences du Bade-Wurtemberg dans le cadre de la stratégie d'excellence du gouvernement fédéral et des Länder allemands, ainsi que par le prix Alfried Krupp. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue "Nature Nanotechnology".
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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