Robots vivants : les Xenobots fabriqués à partir de cellules de grenouilles peuvent

Des essaims de minuscules « xénobots » peuvent s’auto-répliquer en laboratoire en poussant des cellules lâches ensemble – la première fois que cette forme de reproduction a été observée dans des organismes multicellulaires

Par Carissa Wong

Des essaims de minuscules robots vivants peuvent s’auto-répliquer dans une assiette en poussant ensemble des cellules libres. Les xénobots – fabriqués à partir de cellules de grenouilles – sont les premiers organismes multicellulaires à se reproduire de cette manière.

Les Xenobots ont été créés pour la première fois l’année dernière, en utilisant des cellules prélevées sur l’embryon de l’espèce de grenouille Xenopus laevis. Dans les bonnes conditions de laboratoire, les cellules formaient de petites structures qui pouvaient s’auto-assembler, se déplacer en groupes et sentir leur environnement.

Aujourd’hui, les chercheurs à l’origine de ces travaux ont découvert que les xénobots peuvent également s’auto-répliquer. Josh Bongard à l’Université du Vermont et Michael Levin à l’Université Tufts dans le Massachusetts et leurs collègues ont commencé par extraire des cellules souches à division rapide qui sont destinées à devenir des cellules de peau à partir d’embryons de grenouille.

Lorsque les cellules sont regroupées en touffes, elles forment des sphères d’environ 3000 cellules en cinq jours. Chaque touffe mesure environ un demi-millimètre de large et est recouverte de minuscules structures ressemblant à des cheveux. Ceux-ci agissent comme des rames flexibles, propulsant les xénobots vers l’avant dans des chemins de tire-bouchon, explique Bongard.

L’équipe a remarqué que des amas individuels de cellules semblaient travailler ensemble dans un essaim, poussant ensemble d’autres cellules lâches dans le plat. Les piles de cellules résultantes ont progressivement formé de nouveaux xénobots.

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D’autres expériences ont révélé que des groupes de 12 xénobots placés dans une boîte d’environ 60 000 cellules individuelles semblent travailler ensemble pour former une ou deux nouvelles générations.

« Une [xenobot] Le parent peut commencer une pile et ensuite, par hasard, un deuxième parent peut pousser plus de cellules dans cette pile, et ainsi de suite, générant l’enfant », explique Bongard.

Chaque cycle de réplication crée en moyenne une progéniture xenobot légèrement plus petite. Finalement, la progéniture qui comprend moins de 50 cellules perd sa capacité à nager et à se reproduire.

Pour tenter de créer des générations supplémentaires de xénobots, l’équipe s’est tournée vers l’intelligence artificielle. À l’aide d’un algorithme modelé sur l’évolution, l’équipe a prédit quelles formes de départ de xénobots pourraient générer le plus de descendants.

La simulation a prédit que les amas en forme de C donneraient lieu au plus grand nombre de générations. Lorsque l’équipe a découpé des xénobots sphériques en forme de C, les xénobots modifiés ont produit jusqu’à quatre générations, le double de celles générées par les parents de xénobots sphériques.

« En manipulant la forme des parents, vous pouvez faire une meilleure pelle pour déplacer plus de cellules », explique Bongard.

C’est la première fois que l’on découvre que des organismes multicellulaires s’auto-répliquent d’une manière qui n’implique pas de croissance sur le propre corps de l’organisme. « Ce travail montre qu’il existait un moyen jusqu’alors inconnu pour que la vie puisse s’auto-répliquer », explique Bongard.

Certains des membres de l’équipe espèrent utiliser les xénobots pour étudier comment les premiers organismes sur Terre se sont peut-être reproduits.

Référence de la revue : Actes de l’Académie nationale des sciences, DOI : 10.1073/pnas.2112672118