La production d’énergie dans la nature relève de la responsabilité des chloroplastes et des mitochondries et est cruciale pour la fabrication de cellules synthétiques durables en laboratoire. Les mitochondries ne sont pas seulement « les centrales électriques de la cellule », comme le dit l’adage de la biologie au collège, mais aussi l’un des composants intracellulaires les plus complexes à répliquer artificiellement.
Dans Revues de biophysiquepar AIP Publishing, des chercheurs de l’Université Sogang en Corée du Sud et de l’Institut de technologie de Harbin en Chine ont identifié les avancées les plus prometteuses et les plus grands défis des mitochondries artificielles et des chloroplastes.
Si les scientifiques peuvent créer des mitochondries et des chloroplastes artificiels, nous pourrions potentiellement développer des cellules synthétiques capables de générer de l’énergie et de synthétiser des molécules de manière autonome. Cela ouvrirait la voie à la création d’organismes ou de biomatériaux entièrement nouveaux. »
Kwanwoo Shin, auteur
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 produit de l’énergie, elle utilise souvent une molécule appelée adénosine triphosphate (ATP) pour stocker et transférer cette énergie. Lorsque la cellule décompose l’ATP, elle libère de l’énergie qui alimente les fonctions de la cellule.
« En d’autres termes, l’ATP agit comme la principale monnaie énergétique de la cellule, et il est vital pour la cellule d’effectuer la plupart des fonctions cellulaires », a déclaré Shin.
L’équipe décrit les composants requis pour construire des mitochondries et des chloroplastes synthétiques et identifie les protéines comme les aspects les plus importants pour la machinerie rotative moléculaire, le transport des protons et 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 opérations intermédiaires impliquées dans le processus complexe de génération d’énergie. En connectant la séquence des protéines et des enzymes, les chercheurs ont amélioré l’efficacité énergétique.
L’un des défis les plus importants restant à relever pour tenter de reconstruire les organites de production d’énergie est de permettre l’auto-adaptation dans des environnements changeants pour maintenir un approvisionnement stable en ATP. Les études futures doivent étudier comment améliorer cette caractéristique limitante avant que les cellules synthétiques ne soient autosuffisantes.
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 la cellule entière pourrait conduire à de futurs biomatériaux et donner 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 Shin.
