Des scientifiques transforment des cellules humaines en ordinateurs vivants

Les chercheurs Keren Roas et Lior Nissim de l'Université hébraïque de Jérusalem sont les premiers à avoir créé, au sein de cellules humaines, des systèmes génétiques artificiels capables de traiter des informations complexes et de suivre des instructions précises. Si les experts souhaitaient depuis longtemps programmer les cellules pour qu'elles reconnaissent les pathologies et y réagissent, le principal obstacle résidait jusqu'alors dans le manque de composants génétiques adaptés.

Les tentatives précédentes se déroulaient par étapes, chaque nouvelle commande nécessitant une couche supplémentaire d'opérations de calcul au sein de la cellule. Plus le système était complexe, plus la fiabilité et l'efficacité de ces calculs biologiques diminuaient rapidement. L'équipe de Jérusalem, quant à elle, a emprunté une voie totalement inédite permettant aux cellules d'exécuter des programmes complexes en un nombre d'étapes et avec une quantité de matériel génétique considérablement réduits. Ce faisant, elle a préservé l'intégralité des fonctionnalités de la cellule sans la surcharger.

Pour ce faire, ils ont utilisé un processus naturel appelé trans-épissage de l'ARN, au cours duquel des fragments de messages génétiques sont assemblés à l'intérieur d'une cellule. Ils l'ont combiné à leurs propres éléments régulateurs conçus artificiellement. Ils ont ainsi créé des outils moléculaires spécifiques agissant comme des processeurs biologiques, déclenchant l'expression de certains gènes selon un plan prédéfini. Ce système, capable de traiter simultanément de multiples signaux, est extrêmement efficace.

Dans le cadre de cette démonstration, des scientifiques ont construit des dispositifs biologiques imitant de véritables composants informatiques. Ils ont créé un additionneur complet biologique capable d'effectuer des calculs binaires simples, similaires à une unité 3 bits d'un processeur. Ils ont également développé une version biologique d'un multiplexeur, un composant électronique qui sélectionne et transmet plusieurs signaux. Tous ces processus ont été suivis grâce à des protéines fluorescentes émettant différentes couleurs.

Malgré l'enthousiasme initial, le transfert de tels systèmes de laboratoire dans des organismes humains vivants comporte des risques imprévisibles. C'est pourquoi les chercheurs ont déjà intégré un mécanisme de sécurité. Si une cellule détecte une configuration invalide ou surchargée, elle déclenche une alarme spécifique. Cela pourrait éviter des erreurs fatales lors d'interventions médicales futures.

À l'avenir, ces cellules intelligentes pourraient surveiller en continu l'environnement de l'organisme. Une cellule programmée pourrait détecter simultanément plusieurs marqueurs de maladies et libérer un médicament uniquement lorsqu'elle détecte une combinaison spécifique. Pour illustrer ce concept, les cellules ont été programmées pour sécréter l'interleukine-15 (IL-15), une protéine qui stimule le système immunitaire pour lutter contre le cancer.