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Ces étranges créatures sont les premiers « robots vivants » à se répliquer

Crédits : Douglas Blackiston

Il y a quelques mois, des chercheurs annonçaient avoir créé de petits « robots vivants » à partir de cellules de grenouilles. Ces derniers étaient alors capables d’effectuer des tâches programmables. Désormais, ces « xénobots » aux allures de Pac-Mac seraient également capables de se répliquer.  

Des « êtres vivants programmables »

Les robots sont de plus en plus présents nos vies et plus le temps passe, plus la « ligne » séparant le vivant du non-vivant commence à s’estomper, en témoigne ce récent exploit signé de chercheurs de l’Université du Vermont et de l’Université Tufts.

Il y a quelques mois, ces derniers annonçaient en effet avoir développé une toute nouvelle « forme de vie » à partir de cellules vivantes extraites d’embryons de grenouilles. Plus précisément, l’idée consistait à prélever ces cellules pour ensuite les réassem­bler dans le but de créer de petits robots programmables. Ces travaux s’étaient basés sur des algorithmes évolutifs guidés par des règles biophysiques de base. Les chercheurs avaient testé des milliers de conceptions candidates dans le but de créer des formes de vie capables d’accomplir telle ou telle tâche. Au fur et à mesure, les organismes simulés les plus performants étaient conservés et affinés.

Grâce à ces superordinateurs, les chercheurs avaient alors identifié une combinaison capable de créer de petits organismes susceptibles d’évoluer dans un environnement contrôlé. La structure la plus efficace impliquait des cellules de peau chargées de conférer à ces petites créatures leur forme, tandis que des cellules cardiaques fournissaient la motricité. On obtenait alors des « xénobots », nommés ainsi d’après l’espèce de grenouille dont les cellules avaient été extraites (Xenopus laevis).

Les tests initiaux avaient montré que ces xénobots pouvaient nager dans leur environnement pendant plusieurs jours, fonctionnant sur l’énergie embryonnaire stockée. À l’époque, en revanche, ils étaient inca­pables de se répliquer. Mais ça, c’était avant. Il y a quelques semaines, plusieurs de ces xénobots auraient en effet réussi à générer de nouvelles versions d’eux-mêmes.

robots vivant
En vert les cellules de peau, en rouge les cellules cardiaques. À gauche le modèle proposé par l’ordinateur, à droite la forme de vie elle-même. Crédits : Sam Kriegman

Observation d’une autoréplication cinématique spontanée

Dans le cadre d’une nouvelle étude, Joshua Bongard et son équipe de l’Université du Vermont ont placé une douzaine d’organismes de première génération dans une boîte de Pétri avec des cellules souches dissociées.

Les chercheurs se sont alors aperçus que le mouvement de ces organismes permettait de regrouper ces cellules souches en tas, formant finalement une nouvelle génération de xénobots d’une cinquantaine de cellules capables de nager par eux-mêmes dans la solution saline. Ces derniers répétaient ensuite le même comportement d’empilement.

Ce phénomène, appelé autoréplication cinématique spontanée, avait déjà été observé dans d’autres types de machines et de modèles moléculaires, mais jamais dans des systèmes multicellulaires vivants. Que cette autoréplication puisse effectivement se produire sans modification génétique démontre à quel point les entités biologiques peuvent s’adapter en réponse à leur environnement.

L’équipe a également simulé plusieurs conditions susceptibles d’améliorer les comportements d’autoréplication. « Ces simulations ont indiqué que certaines formes corporelles amplifiaient la taille des piles et les cycles de réplication, tandis que d’autres amortissaient ou arrêtaient l’autoréplication« , expliquent les chercheurs. En fin de compte, la forme du semitore (Pac-Man en 3D) était le meilleur candidat pour « fabriquer » de nouveaux organismes.

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Image en couleur d’un xenobot (rouge) et d’une cellule souche agrégée (vert). Crédits : Douglas Blackiston

Ce n’est qu’une preuve de concept, mais à terme, les chercheurs soulignent que ces organismes  pourraient accomplir toutes sortes de tâches. Ces derniers pensent notamment à la livraison de médicaments dans le corps humain. Ils pourraient également être déployés dans les artères pour éliminer les plaques. L’avantage, c’est qu’une fois leurs nutri­ments épui­sés, ces « xénobots » ne sont plus qu’un amas de cellules mortes. Dès lors, ils ne représenteront aucun danger.