En 2023, un autre biobot a révélé des capacités surprenantes. L’anthropobot pourrait réparer les neurones ! Au-delà des capacités des biobots, ces expériences révèlent une considération importante : le « destin » d’une cellule n’est pas figé ! Ils ne suivent pas nécessairement un chemin prédéterminé et sont capables de s’adapter aux nouvelles conditions environnementales.
« Quels mécanismes permettent à certaines cellules de continuer à fonctionner après la mort d’un organisme ?
Dans leur nouvelle étude, Peter Noble et Alexander Pozhitkov ont examiné l’expression des gènes dans les cellules de poissons zèbres et de souris morts. Contre toute attente, ils ont constaté des pics de transcription de certains gènes. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Physiologie. Cette étude est intrinsèquement liée à la durée de conservation des organes et tissus destinés aux greffes, puisqu’ils continuent de fonctionner même après la mort de l’organisme. “Cette résilience soulève la question suivante : quels mécanismes permettent à certaines cellules de continuer à fonctionner après la mort d’un organisme ? demande Peter Noble.
Pourquoi étudier l’expression génétique ?
Les informations stockées dans l’ADN sont décomposées en gènes : des portions de chromosomes. Une enzyme, appelée ARN polymérase, lit et retranscrit les informations contenues dans ces gènes en un nouveau code : les ARNm, également appelés « transcrits ». Ces dernières serviront à produire des molécules utiles à la cellule, comme des protéines. D’autres types d’ARN jouent divers rôles fonctionnels. Tous ces processus biochimiques sont regroupés sous le terme « expression génétique ». C’est donc un indicateur de l’activité cellulaire, mais pas le seul.
Sciences et Avenir : Comment vous êtes-vous intéressé à la frontière entre la vie et la mort ?
Pietro Nobile : Quand Alexandre Pojitkov m’a proposé, autour d’une bière, d’étudier la mort, j’ai d’abord pensé que c’était une blague. Mais il a déjà vu au-delà de notre travail actuel. Nous travaillions à l’époque sur l’ADN et l’expression des gènes, qui est liée à leur activité. Intuitivement, nous nous attendons à ce que les transcriptions génétiques soient actives pendant la vie et cessent à la mort, n’est-ce pas ? Mais contre toute attente, nous avons constaté que l’expression de certains gènes augmente significativement après la mort, par exemple aussi bien chez la souris que chez le poisson zèbre !
Au début, j’étais sceptique quant à ces données. Cependant, en appliquant une technique statistique, nous avons identifié des « vagues » distinctes d’abondance croissante des transcrits. Fait intéressant, les gènes en question sont associés à plusieurs processus biologiques, notamment le stress, l’immunité, l’inflammation, etc. La question qui s’est alors posée était : pourquoi ? Nous n’avons donc pas vraiment cherché à étudier la frontière entre la vie et la mort. Notre curiosité a simplement été piquée par la question de savoir pourquoi la transcription de certains gènes a augmenté immédiatement après la mort de l’organisme.
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« Les mécanismes de survie jouent un rôle clé dans la durée de vie des cellules et des tissus »
Comment expliquer la restructuration spontanée de cellules regroupées en clusters ?
La restructuration spontanée des cellules en grappes est une propriété émergente qui n’est pas bien comprise. Ce qui est particulièrement fascinant, c’est que des cellules individuelles peuvent former de nouveaux organismes multicellulaires (tels que les xénobots) sans adhérer à des voies de développement prédéterminées.
Par exemple, dans les embryons de grenouille, les cellules possèdent des cils qu’elles utilisent pour expulser le mucus. Cependant, les xénobots réutilisent leurs cils d’une autre manière : pour naviguer dans leur environnement. Cette découverte suggère que les cellules ont une capacité intrinsèque à s’adapter aux nouvelles conditions environnementales. De futures études pourraient approfondir la plasticité des systèmes cellulaires. Des travaux antérieurs suggèrent également que les interactions physicochimiques, telles que les réseaux bioélectriques, agissent comme le « ciment cognitif » qui lie les sous-unités individuelles en entités émergentes plus grandes.
Qu’avez-vous observé en étudiant l’expression génétique de cellules d’animaux morts ?
Déjà en 2017, nous observions une augmentation de la transcription de certains gènes, après la mort de poissons zèbres et de souris. Diverses hypothèses pourraient expliquer ces « vagues ». Au cours de l’évolution, certaines voies peuvent s’être développées pour favoriser la guérison ou la « réanimation » après une blessure grave. Ce qui serait un avantage adaptatif. L’abondance accrue des transcriptions de la réponse inflammatoire, par exemple, indiquerait qu’un signal d’infection ou de blessure est détecté par les cellules encore vivantes après la mort de l’organisme. En outre, ces augmentations pourraient également être dues à la dégradation rapide de certains répresseurs de gènes ou de voies entières menant à la transcription des gènes.
Comment expliquer les disparités de durée de vie entre les différents types de cellules ?
Nos récentes découvertes mettent en lumière les facteurs qui influencent la survie et le fonctionnement des cellules après la mort d’un organisme. En effet, leur durée de vie varie grandement d’un type cellulaire à l’autre. À titre indicatif, les globules blancs chez l’homme meurent entre 60 et 86 heures après la mort. Mais certaines cellules musculaires de souris peuvent être cultivées 14 jours après la mort. On atteint même un mois pour les fibroblastes de mouton et de chèvre.
La durée de vie dépend entre autres de l’activité métabolique des cellules. Par exemple, les neurones ou les cellules du muscle cardiaque ont un besoin énergétique élevé. Elles sont donc plus difficiles à cultiver que les cellules graisseuses, les adipocytes ou les fibroblastes qui ont peu de besoins énergétiques.
Les mécanismes de survie jouent également un rôle clé dans la durée de vie des cellules et des tissus. Après la mort de l’organisme, on observe une augmentation significative de l’activité des gènes liés au stress et des gènes liés au système immunitaire, ce qui compense probablement la perte de l’homéostasie, l’équilibre physiologique des cellules. D’autres facteurs tels qu’un traumatisme, une infection, l’âge ou le sexe influencent également de manière significative la viabilité cellulaire. C’est l’une des raisons pour lesquelles les greffes représentent un véritable défi médical.
Alors, quelles sont les interactions entre ces variables et comment permettent-elles aux cellules de fonctionner après la mort ? Une des hypothèses qui pourrait être avancée est la suivante : certains canaux présents dans les membranes cellulaires génèrent des signaux électriques, permettant aux cellules de communiquer entre elles et de réaliser des fonctions. Ils pourraient ainsi façonner la structure de l’organisme qu’ils forment.
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« La vie et la mort sont traditionnellement considérées comme opposées, mais elles ne le sont pas »
Pourquoi peut-on réellement parler d’un « tiers état » entre la vie et la mort ?
Nous avons inventé le concept de « tiers-état » parce que la vie et la mort sont traditionnellement considérées comme opposées, mais ce n’est pas le cas. Alexander et moi avons déjà discuté du « crépuscule de la mort », que nous avons défini comme le passage d’un corps vivant à un cadavre en décomposition. À l’époque, nous n’étions pas conscients de la possibilité d’un État tiers, ce que nous avons signalé plus tard.
Le troisième état ne correspond pas à des transformations développementales, comme la métamorphose des chenilles en papillons ou l’évolution des têtards en grenouilles, car ce sont des processus développementaux. Le troisième état se distingue de ces transformations car les cellules ont la capacité de se développer en organismes multicellulaires dotés de nouvelles fonctions. Imaginez que vous preniez une seule cellule d’un être humain vivant et, grâce à des techniques d’ingénierie sophistiquées, lui permettiez de se développer en un nouvel organisme multicellulaire. Ce nouvel organisme ne serait plus considéré comme un être humain, mais l’est-il ? Il est constitué du même matériel génétique que l’être humain. Faut-il accorder à ce nouvel organisme multicellulaire les mêmes droits qu’un être humain vivant ? Une autre question intéressante est : quelles sont les nouvelles propriétés ou comportements de ce nouvel organisme et quels sont les mécanismes sous-jacents ?
Quelles implications pratiques ces découvertes pourraient-elles avoir pour la médecine ?
Les implications pratiques sont potentiellement nombreuses, mais jusqu’à présent aucune n’a été réalisée. Le laboratoire Levin, d’où proviennent les anthrobots, suggère que des biobots pourraient être injectés dans le corps pour dissoudre la plaque dentaire chez les patients atteints d’athérosclérose ou pour éliminer l’excès de mucus chez les patients souffrant de mucoviscidose. Des robots cultivés à partir de tissus vivants individuels pourraient également être utilisés pour administrer des médicaments sans déclencher de réponse immunitaire indésirable, car ils sont cultivés à partir des propres cellules du patient. Quant à nos derniers travaux, ils mettent en lumière les mécanismes qui sous-tendent le don d’organes et de tissus, ainsi que la transplantation. Une meilleure compréhension de la façon dont certaines cellules continuent de fonctionner et même de se transformer en de nouvelles entités multicellulaires quelque temps après la mort d’un organisme est prometteuse pour le progrès de la médecine personnalisée et préventive.
