Xénobots : les premiers « robots vivants » constitués de cellules organiques peuvent s’auto-répliquer

5 décembre 2021 Mis à jour: 5 décembre 2021
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Selon des scientifiques, des essaims de minuscules « robots vivants » ont découvert la capacité de s’auto-répliquer, c’est-à-dire de se reproduire, en collectant des cellules indépendantes et en les assemblant pour former de nouveaux organismes, selon un processus unique qui n’avait pas encore été observé chez les plantes ou les animaux.

Les chercheurs Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin et Josh Bongard de l’université Tufts, de l’université Harvard et de l’université du Vermont ont créé ces formes de vie, appelées xénobots, en 2020, à l’aide de cellules souches prélevées sur l’embryon de la grenouille africaine Xenopus laevis.

Les cellules non spécialisées qui ont la capacité d’évoluer en différents types de cellules sont connues sous le nom de cellules souches. Les chercheurs ont prélevé des cellules souches vivantes sur des embryons de grenouilles et les ont incubées sans manipuler les gènes afin de créer des xénobots.

Techniquement, les xénobots ne sont pas des robots. Généralement, les robots sont considérés comme étant construits à partir de matière inorganique, mais ils sont appelés ainsi en raison de leur potentiel à agir au service des humains, selon le chercheur Bongard.

Ces formes de vie à partir de cellules de grenouille mesurent moins d’un millimètre de large et, dans les bonnes conditions de laboratoire, ont été observées en train de se déplacer dans leur environnement, de travailler en groupe et de s’autoréparer. Les chercheurs ont maintenant découvert que ces créatures peuvent également s’auto-répliquer grâce à une toute nouvelle forme de reproduction biologique.

« Elles trouvent et combinent des blocs de construction pour s’autocopier. Nous montrons ici que des amas de cellules, s’ils sont libérés d’un organisme en développement, peuvent de la même manière trouver et combiner des cellules libres en amas qui ont l’apparence et le mouvement qu’elles ont, et que cette capacité ne doit pas être spécifiquement évoluée ou introduite par manipulation génétique », selon l’article de recherche.

Formation de xénobots

Lorsque les cellules souches sont placées dans une solution saline, elles forment des amas en forme de sphère d’environ 3 000 cellules d’un demi-millimètre de large. Sur ces amas se forment des cils, qui vont fonctionner comme des rames et aident les xénobots à se déplacer, selon l’article.

Les amas de xénobots, lorsqu’ils sont placés dans des plats avec des cellules souches dissociées, travaillent ensemble et rassemblent les cellules détachées en piles, qui forment ensuite de nouveaux xénobots, dans un processus connu sous le nom d’autoréplication cinétique spontanée.

« En bref, les progéniteurs construisent leur progéniture, et celle-ci constitue de nouveaux progéniteurs », indique l’étude.

Chaque cycle de reproduction produit une progéniture de xénobots légèrement plus petite, pour finalement aboutir à des amas de moins de 50 cellules qui ne peuvent plus nager ni se répliquer.

Capacités optimisées grâce à l’IA

Les chercheurs ont ensuite fait appel à l’intelligence artificielle et testé des milliards de formes potentielles de xénobots qui optimisent leurs capacités de réplication. Ils ont découvert que les amas en forme de C sont les plus efficaces pour rassembler les cellules en vrac, en forme de crochet les xénobots ont plus de facilité à déplacer et amasser les cellules indépendantes.

Cette amélioration algorithmique a permis aux xénobots en forme de Pac-Man de se reproduire sur quatre générations, alors que les xénobots en forme sphérique n’arrivaient à se reproduire que sur deux générations.

« En manipulant la forme des parents, vous pouvez fabriquer une meilleure pelle pour déplacer plus de cellules », a déclaré Bongard à New Scientist.

Selon les chercheurs, les xénobots et leurs mécanismes de reproduction nouvellement découverts peuvent être utilisés de diverses manières, par exemple pour collecter les microplastiques dans les océans ou inspecter les systèmes racinaires.

En ce qui concerne les préoccupations relatives à l’autoréplication, les scientifiques ont déclaré que les expériences étaient réglementées par des experts en éthique et que les organismes vivants étaient contenus dans l’environnement du laboratoire.

« Si nous apprenons à ordonner à des groupes de cellules de faire ce que nous voulons qu’elles fassent, en fin de compte, c’est de la médecine régénérative – c’est la solution aux lésions traumatiques, aux malformations congénitales, au cancer et au vieillissement », a écrit Michael Levin dans un rapport de l’université du Vermont.

« Tous ces différents problèmes sont là parce que nous ne savons pas comment prédire et contrôler les groupes de cellules qui vont se construire. Les xénobots constituent un nouveau domaine de recherches dont nous allons beaucoup apprendre. »


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