Cellules synthétiques – la puissance du futur

Évaluation de la façon dont les organites synthétiques produisant de l’énergie peuvent soutenir des cellules artificielles.

Les chercheurs ont évalué les progrès et les défis liés à la création de mitochondries artificielles et de chloroplastes pour la production d’énergie dans des cellules artificielles. Ces organelles artificielles pourraient permettre le développement de nouveaux organismes ou biomatériaux. Les chercheurs ont identifié les protéines comme les composants les plus importants de la machinerie moléculaire en rotation, du transport des protons et de la production d’ATP, qui servent de principale monnaie énergétique à la cellule.

Les chloroplastes et les mitochondries sont responsables de la production d’énergie dans la nature et sont essentiels à la fabrication de cellules artificielles durables en laboratoire. Les mitochondries ne sont pas seulement la « centrale électrique de la cellule », comme le dit le dicton en biologie au collège, mais aussi l’un des composants intracellulaires les plus complexes de la reproduction artificielle.

dans Revues de biophysiqueRapportés par AIP Publishing, des chercheurs de l’Université Sogang en Corée du Sud et de l’Institut de technologie de Harbin en Chine identifient les développements les plus prometteurs et les plus grands défis pour les mitochondries synthétiques et les chloroplastes.

« Si les scientifiques peuvent créer des mitochondries et des chloroplastes artificiels, nous pouvons développer des cellules artificielles capables de générer de l’énergie et de fabriquer des molécules de manière indépendante. Cela ouvrirait la voie à la création d’organismes ou de biomatériaux complètement nouveaux », a déclaré l’auteur Kuano Shin.

Chez les plantes, les chloroplastes utilisent la lumière du soleil pour convertir l’eau et le dioxyde de carbone en glucose. Les mitochondries, présentes chez les plantes et les animaux, produisent de l’énergie en décomposant le glucose.

Une fois qu’une cellule a produit de l’énergie, elle utilise souvent une molécule appelée adénosine triphosphate (ATP) pour stocker et transférer cette énergie. Lorsqu’une cellule décompose l’ATP, elle libère de l’énergie qui alimente les fonctions de la cellule.

« En d’autres termes, l’ATP est la principale monnaie énergétique de la cellule et est vitale pour que la cellule remplisse la plupart des fonctions cellulaires », a déclaré Shen.

L’équipe décrit les composants nécessaires à la construction de mitochondries et de chloroplastes artificiels et identifie les protéines comme les aspects les plus importants de la machinerie moléculaire rotative, du transport des protons et de la production d’ATP.

Des études antérieures ont reproduit les composants qui composent les organites producteurs d’énergie. Certains des travaux les plus prometteurs étudient les processus intermédiaires impliqués dans le processus complexe de génération d’énergie. En reliant les séquences de protéines et d’enzymes, les chercheurs ont amélioré l’efficacité énergétique.

L’un des défis restants les plus importants pour essayer de reconstruire les organites producteurs d’énergie est de permettre l’auto-adaptation dans des environnements changeants pour maintenir un approvisionnement stable en ATP. Les études futures devraient étudier comment améliorer cet avantage limité avant que les cellules artificielles ne deviennent autonomes.

Les auteurs pensent qu’il est important de créer des cellules artificielles avec des méthodes de production d’énergie biologiquement réalistes qui imitent les processus naturels. La réplication de cellules entières pourrait conduire à de futurs biomatériaux et à un aperçu du passé.

« Cela pourrait être une étape importante dans la compréhension de l’origine de la vie et de l’origine des cellules », a déclaré Shen.

Référence : « Organelles artificielles pour la conversion et la production d’énergie chimique durable dans des cellules artificielles : mitochondries et chloroplastes synthétiques » par Hyun Park, Yichen Wang, Seo Hyun-min, Youngcho Ren, Kuanu Shin et Xiaojun Han, 28 mars 2023, disponible ici. Biophysique.
DOI : 10.1063 / 5.0131071