Faire simple n’est pas synonyme de facile à faire, et peut même se révéler très compliqué. La biologie synthétique connaît bien cette difficulté quand elle cherche à concevoir et construire des systèmes vivants simplifiés. Des chercheurs allemands ont créé un modèle cellulaire très simple, doté d’une seule fonction spécifique biomécanique.
« Avec notre modèle biomoléculaire synthétique, nous avons créé une nouvelle option pour développer des modèles cellulaires minimalistes, a commenté Andreas Bausch, du Nanosystems Initiative Munich (NIM) et auteur principal. Elle est idéalement conçue pour augmenter la complexité de manière modulaire de sorte de reconstruire sous contrôle les processus cellulaires comme la migration cellulaire ou la division cellulaire ».
Le problème de la « balle chevelue »
La cellule fabriquée, capable de bouger et de changer de forme sans influence extérieure, a permis aux chercheurs de Munich de mettre en lumière différents états physiques au cours de la dynamique de la déformation membranaire. L’équipe a mis au point une sorte de « balle magique » comprenant une enveloppe membranaire, aussi appelée vésicule.
À l’intérieur, très peu de choses : des microtubules, ces composés du cytosquelette en forme de tubes, et des molécules kinésines, ces protéines capables de se déplacer en présence d’énergie ATP le long des microtubules et de véhiculer ainsi des organites au sein de la cellule. L’équipe scientifique allemande a décrit comment se comportent les microtubules sous la surface membranaire.
Un mouvement architecte à l’œuvre
Les microtubules forment une sorte de cristal liquide en 2 dimensions en mouvement permanent, y compris à l’état de repos. Curieusement, ce cristal liquide doit impérativement contenir des « failles », un phénomène nommé « le problème de la balle chevelue ». Comme les microtubules bougent en permanence, se déroule un spectacle continu de motifs géométriques, où les microtubules s’alignent ou se mettent de façon orthogonale. Le phénomène s’accompagne d’une migration des « failles », de façon très uniforme et périodique, qui oscillent entre 2 orientations fixes.
Quand la membrane a une forme sphérique, les failles des microtubules n’ont aucune influence sur la forme externe. Ce n’est plus le cas lors du phénomène d’osmose, quand la cellule se vide d’eau. Alors, la vésicule commence à changer de forme et suit les mouvements qui ont cours en intracellulaire, ici les microtubules et leurs failles.
Étude des déformations cellulaires
Ces principes physiques seront très utiles pour établir des prédictions dans d’autres systèmes. Le chercheur allemand explicite ces objectifs : « Le fait de décrire complètement la physique de ce système créé artificiellement nous donne l’espoir d’être également capables dans les prochaines étapes de découvrir les principes de base mis en jeu derrière les déformations cellulaires ». Ces avancées théoriques sur la description du vivant laissent présager à l’avenir d’autres avancées qui pourront se traduire par des applications diagnostiques et thérapeutiques.
Science, publié le 4 septembre 2014
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