Les organismes vivants programmables sont prometteurs dans la médecine régénérative et la biologie – Jornal da USP

Par Wallace de Jésus

Ppensez à un robot. Certes votre imagination a associé ce mot aux composants électroniques et aux métaux, mais des scientifiques américains ont montré qu’il était déjà possible de programmer des robots à partir de cellules animales. Appelés xénobots, ces organismes vivants programmables ont été créés à la recherche d’applications dans la vie moderne, telles que les zones radioactives, fermées à l’homme, collectant des microplastiques dans la mer ou même à l’intérieur du corps humain, désobstruant les artères.

La dernière étude publiée dans la revue scientifique Actes de l’Académie nationale des sciences décrit comment ces robots cellulaires sont capables de s’auto-répliquer, dans un processus dans lequel les xénobots peuvent accumuler des centaines d’autres cellules dans de nouveaux organoïdes et, par conséquent, des robots. L’un des chefs de file de la recherche à l’Université du Vermont, Joshua Bongard, a communiqué à tout le monde dans les premières publications sur les xénobots qu’ils « constituent une nouvelle classe d’artefacts : un organisme vivant et programmable ».

Eduardo Moraes Rego Reis, professeur au Département de biochimie de l’Institut de chimie de l’USP, explique que les xénobots sont des biorobots. « Ils sont composés uniquement de cellules qui, lorsqu’elles sont cultivées dans un milieu de culture, prennent une structure sphéroïde et nous pouvons appeler cela organoïde », contextualise-t-il. Ces organoïdes sont également appelés robots car ils peuvent effectuer des tâches.

Selon Michel Levin, biologiste à l’Université Tufts, les xénobots pourraient être prometteurs en médecine régénérative, un domaine qui étudie les solutions aux blessures, au cancer et au vieillissement. « Ce résultat est loin d’être définitif, mais il signale une voie très intéressante. Cela montre le potentiel que nous avons pour extraire des questions et des informations de la biologie lorsque nous appliquons également des données d’autres sciences, dans ce cas, l’informatique », explique Reis, soulignant l’importance que l’étude a dans l’avancement des domaines de la biologie, tels que l’organisation des tissus et la relation entre la structure et la fonction entre les cellules et les organes dans la formation de nouvelles structures.

Intelligence artificielle et biologie

Les xénobots sont nommés ainsi parce qu’il s’agit de cellules provenant de la peau et d’embryons d’une grenouille d’origine africaine, la xénope laevis, et mesurent moins d’un millimètre de large. Reis explique que ces cellules sont équipées de cils, une structure qui permet leur mouvement et que, initialement, la réplication de ces robots biologiques n’était pas envisagée. Mais cette perspective a changé au fur et à mesure que la recherche progressait, dans laquelle, selon Bongard, les cellules étaient placées dans un nouveau contexte, où elles « avaient une chance de réimaginer leur multicellularité ». Cependant, l’un des défis auxquels les chercheurs étaient confrontés était le temps et le nombre de lignées que les robots vivants pouvaient générer à partir de ce type de réplication cinétique.

Avec l’aide de l’Intelligence Artificielle, ils ont testé des millions de formes pour que les cellules puissent se répliquer plus et plus longtemps et ont trouvé la solution : la forme idéale était la même que celle du personnage de l’ancien jeu vidéo Pac-Man. « Ils ont utilisé le modèle théorique, prédit par l’ordinateur, puis il a été observé que les organoïdes modifiés avaient une capacité de réplication trois fois supérieure à ceux d’origine », explique Reis. Selon les chercheurs, ce rapprochement entre Intelligence Artificielle et biologie moléculaire peut ouvrir des applications aussi bien pour l’organisme humain que pour l’environnement. « L’intelligence artificielle nous permet de tester des hypothèses plausibles qui peuvent être appliquées dans la pratique », déclare Reis.

Pas de manipulation génétique

Malgré les interventions de l’Intelligence Artificielle à travers le supercalculateur, il n’y a pas de manipulation génétique dans ces organoïdes. « Ce qui est intéressant, c’est que l’information génétique dans cette recherche a de la plasticité, car c’est important pour composer une cellule, mais dans un autre contexte ça devient un robot qui assemble d’autres robots », analyse Reis. Toujours selon lui, le système qui permet la réplication des xénobots est totalement dépendant de l’intervention humaine. « Sans elle, ce système meurt », explique-t-il.