Avec l’objectif à long terme de créer des cellules vivantes à partir de composants non vivants, les scientifiques dans le domaine de la biologie synthétique travaillent avec l’ARN en origami. Cet outil utilise la multifonctionnalité de la biomolécule d’ARN naturel pour plier de nouveaux blocs de construction, ce qui rend la synthèse des protéines superflues.
Dans la poursuite de la cellule artificielle, une équipe de recherche dirigée par le professeur Kerstin Göpfrich au Center for Molecular Biology of Heidelberg University a effacé un obstacle crucial. En utilisant la nouvelle technique d’ARN en origami, ils ont réussi à produire des nanotubes qui se plient dans des structures de type cytosquelette. Le cytosquelette est une composante structurelle essentielle dans les cellules qui leur donnent une stabilité, une forme et une mobilité. Le travail de recherche constitue la base potentielle des machines d’ARN plus complexes. Les résultats sont publié dans Nanotechnologie de la nature.
Un défi majeur dans la construction de cellules synthétiques est la fabrication des protéines, qui sont responsables de presque tous les processus biologiques de l’organisme et rendent ainsi la vie possible en premier lieu. Pour les cellules naturelles, le soi-disant dogme central de la biologie moléculaire décrit comment la synthèse des protéines se produit par transcription et traduction des informations génétiques dans la cellule. Dans le processus, l’ADN est transcrit dans l’ARN puis traduit en protéines fonctionnelles qui subissent par la suite le pliage pour réaliser leur structure correcte, ce qui est la clé de la bonne fonction.
« Il y a plus de 150 gènes impliqués dans ce seul processus complexe », explique le professeur Göpfrich, qui, avec son équipe, Biophysical Engineering of Life, mène des recherches au Center for Molecular Biology of Heidelberg University (ZMBH).
Le travail du professeur Göpfrich commence par la question de savoir comment les cellules synthétiques peuvent être créées qui contournent la synthèse des protéines, qui est essentielle dans les cellules vivantes. Elle utilise la technique de l’ARN en origami, qui est basé sur l’idée que les informations génétiques – le plan pour la structure cellulaire, par exemple – sont traduites en utilisant l’ARN auto-replissant seul.
Tout d’abord, une séquence d’ADN est conçue dans un processus assisté par ordinateur. Il codes pour la forme que l’ARN doit assumer après le pliage. Pour approximer la structure souhaitée, les motifs d’ARN appropriés doivent être sélectionnés et traduits dans un modèle génétique qui est finalement synthétisé comme un gène artificiel.
Pour implémenter le plan du plan qu’il contient, l’ARN polymérase est utilisée. L’enzyme lit les informations stockées dans le modèle et fait le composant d’ARN correspondant. Les algorithmes spécifiquement développés précédemment garantissent que le pliage prévu se produit correctement.
Aidé par l’ARN en origami, le biologiste synthétique de Heidelberg et son équipe ont réussi à créer une composante structurelle essentielle des cellules synthétiques – un cytosquelette artificiel. Les microtubes d’ARN, qui ne sont que quelques microns de longueur, forment un réseau qui ressemble à une structure cellulaire naturelle.
Mouvement brownien de nanotubes d’origami ARN à l’intérieur des Guvs. Ces laps de temps confocaux capturent le mouvement rapide des cytosquelettes d’origami de l’ARN dans les GUV. Crédit: Nanotechnologie de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41565-025-01879-3
Selon le professeur Göpfrich, les nanotubes sont une autre étape vers la construction de cellules synthétiques. Les chercheurs ont testé l’origami de l’ARN dans une vésicule lipidique, un système de modèle cellulaire simple largement utilisé en biologie. En utilisant des aptamères dits d’ARN, le cytosquelette artificiel était lié aux membranes cellulaires. Grâce à des mutations ciblées sur la matrice génétique – la séquence d’ADN – il a également été possible d’influencer les propriétés du squelette d’ARN.
« Contrairement à l’origami de l’ADN, l’avantage de l’ARN en origami est que les cellules synthétiques peuvent fabriquer leurs éléments constitutifs par eux-mêmes », souligne Kerstin Göpfrich. Elle ajoute que cela pourrait ouvrir de nouvelles perspectives sur l’évolution dirigée de ces cellules. L’objectif de recherche à long terme est de créer une machine moléculaire complète pour les cellules synthétiques à base d’ARN.
Plus d’informations:
Mai P. Tran et al, codage génétique et expression des cytosquelettes d’origami de l’ARN dans les cellules synthétiques, Nanotechnologie de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41565-025-01879-3