Une étude, dont les résultats intitulés «Catanionic Coacervate Droplets as a Surfactant-Based Membrane-Free Protocell Model» ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, a abouti à produire de nouveaux 'compartiments hybrides' permettant la séquestration de protéines et d'ADN à l'échelle cellulaire, ce qui ouvre de nouvelles perspectives scientifiques vers la production de cellules vivantes synthétiques.

Rappelons tout d'abord que «les cellules sont des compartiments au sein desquels se concentrent des biomolécules telles que les protéines et l'ADN, essentielles aux organismes vivants». Jusqu'à présent, malgré les efforts déployés, les scientifiques ne sont pas encore en mesure de produire des cellules vivantes synthétiques, bien qu'il existe «deux modèles synthétiques permettant de mimer des cellules vivantes» : d'une part, les coacervats * qui «sont des gouttelettes riches en un composé chimique, par exemple un polymère, et représentent des compartiments de choix dans le sens où des biomolécules sont spontanément séquestrées à l’intérieur» et, d'autre part, les vésicules lipidiques qui «possèdent une membrane de lipides qui encapsule un volume d'eau et offrent ainsi une structure plus proche de celle des cellules naturelles».

L'inconvénient des vésicules lipidiques est la difficulté «d’encapsuler les biomolécules, telles que l’ADN ou les protéines, à l’intérieur de ces vésicules», tandis que celui des coacervats est leur absence de membrane à leur surface, «ce qui ne permet pas d’encapsuler ces biomolécules ni de contrôler les échanges entre milieux extérieurs et intérieurs». L'avancée récente a consisté en l'élaboration d'un système 'hybride' «formant des coacervats qui peuvent se transformer en vésicules par une simple diminution du potentiel hydrogène (pH)».

Du fait que ces coacervats «peuvent séquestrer des biomolécules, les pré-concentrant dans ces compartiments», la transformation en vésicules permet «d’encapsuler ADN et protéines». Plus précisément, il a d'abord été «développé un système à base d’acides gras formant des coacervats en solution à pH 9,5» et il a été mis en évidence «que des molécules colorées pouvaient être séquestrées dans ces compartiments».

Ensuite, il a été prouvé «que les systèmes d’acides gras peuvent aussi s’auto-assembler en vésicules à un pH plus faible (7,5)», ce qui rendait possible la formation des vésicules «à partir de coacervats par une diminution du pH». L'observation «que des protéines étaient effectivement séquestrées dans les coacervats d’acides gras» a pu être faite «par épifluorescence (en utilisant des protéines fluorescentes)» et aussi par chromatographie.

Il a été alors montré «que, lors de la transition des coacervats vers les vésicules, les protéines initialement séquestrées étaient encapsulées dans les vésicules». Le taux d’encapsulation est «de l’ordre de 50 à 60 %, ce qui revient à concentrer 500 fois les protéines à l’intérieur des vésicules».

De plus, il a été démontré «que des enzymes peuvent être concentrées dans ces vésicules, tout en conservant leur activité», ce qui fait que ce système représente «un premier pas vers la génération de cellules synthétiques dans le sens où des réactions enzymatiques se produisent en leur sein».

Comme «les coacervats d'acides gras ne permettent pas la séquestration spontanée d'ADN (ces deux entités, étant chargées négativement, se repoussent), ce qui représente un frein important dans l’élaboration de cellules synthétiques car l’ADN est un élément clé chez les êtres vivants», l'étude ici présentée a optimisé ce système «en développant des coacervats d’acides gras combinés à des tensioactifs chargés positivement» de sorte que les protéines mais aussi l’ADN sont séquestrés dans ces coacervats. Cependant, il reste désormais «à montrer que l'ADN peut également être encapsulé dans les vésicules en diminuant le pH».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

* Coacervat