[daniel]

Bonjour tout le monde !

Ah ! On va enfin savoir si le fait d'être conscient vient de la sensibilité ou est lié à l'immaterielité de tout ce qui est ! Et ce, dans les dizaines d'années qui viennent !

La première cellule vivante… informatique

Pour la première fois, une équipe est parvenue à simuler sur ordinateur le fonctionnement d’une cellule vivante. Malgré ses limites, l’expérience est jugée enthousiasmante.

Yasemin Saplakoglu
10 juillet 2023| Temps de lecture : 6 mn

cellule informatique simulation

Une partie de Minecraft ? Non, le modèle informatique de la cellule JCVI-syn3A.

Des créatures des abysses jusqu’aux bactéries qui peuplent nos intestins, toute vie sur Terre se compose de cellules. Pourtant, même si l’on prend la plus simple d’entre elles, à savoir « JCVI-syn3A », elle nous est encore largement impénétrable. JCVI-syn3A ? Il s’agit de ce que l’on peut appeler une « cellule minimale ». Développée à l’institut J. Craig Venter (du nom du biologiste célèbre pour avoir séquencé en premier le génome humain en 2000), son génome a été conçu à partir de celui d’une bactérie très simple, Mycoplasma mycoides, dont on a retiré les gènes non essentiels, à coups d’essais et d’erreurs, pour tenter de comprendre la vie dans sa plus simple expression. Elle survit ainsi avec 493 gènes, soit environ la moitié de ce que possède son « ancêtre » bactérien in vivo et seulement un huitième du génome de la bactérie Escherichia coli. Quoique rudimentaire, le mycoplasme modifié résiste encore aux investigations de la science. Par exemple, nul ne sait à quoi 94 de ses gènes (20 % de la totalité) peuvent servir, hormis que, sans eux, la cellule meurt. Et puis, dans l’environnement complexe et encombré de la cellule, la résolution spatiotemporelle des mesures, conduites à l’échelle des molécules, reste encore insuffisante.

Faut-il, pour progresser, fabriquer un être encore plus simple ? Une équipe de l’université de l’Illinois, à Urbana-Champaign, aux États-Unis, a choisi, avec succès, une autre voie, celle de la modélisation. « Imaginez qu’en une seule simulation, vous obteniez les mêmes résultats qu’au terme d’une quantité de manipulations », se réjouit l’autrice principale, la chimiste Zaida Luthey-Schulten. Avec ce travail, la chimie prend des airs de jeu vidéo !

Il convient de rappeler que ces dernières années, la modélisation est devenue un puissant outil de compréhension de la cellule et de la vie, au point que certains n’hésitent pas à parler de « microscope informatique ». Les progrès de la puissance disponible, en partie grâce à la multiplication des unités de traitement graphique (GPU), tout comme l’amélioration des échelles spatiotemporelles des simulations ont été remarquables.

Depuis 2019, des modèles dynamiques, prenant en compte des centaines de millions d’atomes, ont ainsi rendu compte du comportement d’une vésicule de chromatophore photosynthétique, de membranes de mitochondrie, de cytoplasme bactérien et d’une particule de virus intégrée dans une gouttelette d’aérosol à l’échelle nanométrique. Simuler une cellule entière, malgré la difficulté de la tâche, était donc une étape attendue. La prouesse a été saluée par toute la profession. « Il est ardu de construire un modèle si vous ne connaissez pas toutes les briques du Lego qui le constituent… Pour la première fois, le numérique nous donne un accès approfondi au métabolisme d’un système complexe – pas juste quelques réactions biochimiques ou un objet artificiel, non, une cellule vivante tout entière ! », s’enthousiasme Kate Adamala, biologiste de synthèse à l’université du Minnesota, qui n’a pas participé à l’étude.

Steaks surgelés de cellules

Pour construire son modèle, l’équipe de l’université de l’Illinois a fait siennes quantité de découvertes obtenues dans différents domaines, puis elle les a croisées. Elle a notamment utilisé des images de tranches ultrafines, surgelées, de la cellule minimale pour disposer la machinerie organique avec précision. Une analyse protéique massive a permis de placer de façon adéquate les protéines connues à l’intérieur, et une analyse détaillée de la composition chimique de la membrane cellulaire, fournie par des coauteurs de l’université technologique de Dresde, en Allemagne, a aidé à disposer avec soin les molécules à l’extérieur. Une carte détaillée de la biochimie de la cellule a aidé à définir les règles d’interaction entre molécules. Rappelons que les protéines constituent la majeure partie de la matière organique d’une cellule – environ 40 % du volume intracellulaire total. Le nombre de protéines uniques exprimées par la cellule, c’est-à-dire son protéome, peut aller de quelques centaines à plusieurs milliers.

cellule simulation informatique

À mesure que la cellule digitale croissait et se divisait, des milliers de réactions biochimiques se produisaient, révélant le comportement dans le temps de chaque molécule. Non seulement les simulations ont reproduit ce qui avait été mesuré sur des cellules vivantes de JCVI-syn3A, mais elles ont aussi prédit des traits pas encore observés en laboratoire. Par exemple, la manière dont la cellule répartit son « budget énergétique » et la vitesse à laquelle les ARN messagers se dégradent – un point crucial pour comprendre comment la cellule régule l’expression des gènes.

La rapidité à laquelle JCVI-syn3A croît et se divise compte parmi les découvertes les plus surprenantes. Le modèle numérique a montré que la cellule, pour atteindre une telle vitesse, a besoin d’une enzyme, la transaldolase, laquelle n’a pas été détectée. Conclusion : soit la cellule utilise une voie métabolique qui rend l’enzyme inutile, soit « il est possible que la transaldolase soit bien présente, mais pas sous sa forme ordinaire », conclut John Glass, l’un des coauteurs.

Avec son équipe, il prévoit de rechercher expérimentalement cette molécule mystère, tout en continuant à vérifier certaines prédictions du modèle. Il a déjà confirmé, par exemple, que le temps entre deux divisions cellulaires pouvait être raccourci simplement par l’ajout de gènes codant pour deux enzymes non essentielles.

Vers des modèles biophysiques de la cellule

Pour autant, toutes les données de la simulation ne concordent pas avec celles acquises sur la paillasse. Et le modèle présente encore d’importantes lacunes, parmi lesquelles (et non des moindres) la fonction inconnue des 94 gènes sus-cités. De surcroît, il est fondamentalement biochimique, alors que, « pour tout comprendre, nous devons en quelque sorte modéliser les forces et interactions concernant chaque atome ou molécule de la cellule », analyse John Glass.

Le scientifique discute d’une éventuelle collaboration avec Roseanna Zia, professeure de génie chimique à l’université Stanford, afin de construire des modèles biophysiques de JCVI-syn3A aptes à révéler comment la physique régit les interactions à l’intérieur des cellules. Bien que chaque modèle ait ses limites, « cette étude est tellement difficile et ambitieuse ! », a reconnu Elizabeth Strychalski, qui dirige le groupe d’ingénierie cellulaire à l’Institut national des normes et de la technologie (NIST), aux États-Unis. « Désormais, c’est presque comme si nous étions davantage limités par notre imagination que par nos capacités. »

Avec un modèle plus complet encore, les chercheurs gagneraient en créativité : ils seraient en mesure d’observer ce qui se passe s’ils coupent certaines voies biochimiques, s’ils ajoutent des molécules supplémentaires ou modifient l’environnement. De quoi mettre en lumière les processus nécessaires à la cellule pour survivre, et les distinguer de ceux qui ne le sont pas. Peut-être même, aussi, entrevoir ce dont les toutes premières cellules avaient besoin il y a des milliards d’années. En tout cas, nul doute que l’industrie chimique et pharmaceutique suit cette aventure avec beaucoup d’intérêt. Comme le reconnaît sans ambages Kate Adamala, si l’on parvenait à simuler, avec autant de précision, le fonctionnement d’Escherichia coli, « ça changerait la donne, car toute l’industrie du vivant repose sur ce microorganisme ».

[Alain V]

C' est très intéressant, mais n' est ce pas jouer aux apprentis sorciers ? ...parfois , dans l' inconnu, peuvent se libérer des forces insoupçonnables.
Mais négatives pour nous.
L' humain amélioré, ou transformé ou prolongé ou super programmé ...sera t' il meilleur, vivra t' il plus en harmonie avec ses semblables ? ...
Bon, on en sait rien.
Et rien ne peut arrêter la progression du mouvement technologique et bio technologique , ou même informatico technologique .
Sauf une guerre nucléaire totale.

Ça reste passionnant.

Moi je m' intéresse surtout aux progrès de la science médicale.
Je viens de lire un compte rendu de l' actualité médicale ou certains chercheurs pensent que dans pas très longtemps on pourrait développer un type de vaccins presque pour chaque cancer.
En élaborant le vaccin à partir d' un prélèvement effectué sur le patient.
Un vaccin personnalisé, en quelque sorte.
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" Le réel c' est quand on se cogne " Lacan

" la guerre, ce sont des hommes qui ne se connaissent pas et qui se massacrent au profit d'hommes qui se connaissent et ne se massacrent pas ".
Paul Valery

[daniel]

Oui, en commençant par celui des poumons !

Ce qui m'embête, c'est qu'il y a beaucoup de progrès en médecine, mais, ceux qui n'ont pas beaucoup de moyens, n'en profiteront pas, sans doute ... ils seront laissés là avec leur vieille chimio sous le bras ...

[Alain V]

[daniel]

Ben, espérons que ça tienne, hein !

[Alain V]

Voilà.
On en est là.
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" Le réel c' est quand on se cogne " Lacan

" la guerre, ce sont des hommes qui ne se connaissent pas et qui se massacrent au profit d'hommes qui se connaissent et ne se massacrent pas ".
Paul Valery

[joaquim]