« C’est de l’ADN de grenouille, mais ce ne sont pas des grenouilles » : que sont exactement les xenobots ?

Les xenobots ne sont pas totalement des robots, mais pas non plus des êtres vivants. Ils sont entre les deux : ce sont des machines vivantes, et à l’échelle microscopique. Les chercheurs à l’origine de cette invention publient leurs recherches dans Proceedings of the National Acamedy of Science et expliquent leur démarche dans un communiqué du 13 janvier 2020. La création des xenobots est fascinante et effrayante à la fois. Les auteurs de l’étude estiment qu’ils pourraient devenir une solution écologique de premier plan.

« Ils ne sont pas un robot traditionnel ni une espèce connue d’animal. C’est une nouvelle catégorie d’artéfact : un organisme vivant et programmable » : c’est ainsi que les chercheurs décrivent eux-mêmes leur invention. Dans un premier temps, ils ont utilisé un superordinateur, afin de concevoir virtuellement une forme de vie qui existe à partir de cellules provenant de la peau et des tissus musculaires du cœur de centaines de grenouilles (des Xenopus laevis, c’est de là que vient « xeno » dans xenobots).

Les xenobots sont à l'échelle microscopique. Ici, vous le voyez travailler en groupe. Ils sont entourés du petit halo bleuté.

Source : University of Vermont

L’algorithme a testé une multitude de configurations possibles et chaque configuration conservait la version la plus aboutie de chaque fonction recherchée (la fonction motrice, par exemple), jusqu’à ce que tout s’assemble en un modèle organique cohérent. Il fallait ensuite passer du virtuel à l’être physique. Ce fut le cas pour plusieurs de ces modèles établis sur ordinateur — il y a donc plusieurs catégories de xenobots.

Durant cette phase, les machines vivantes ont été forgées à mains humaines. Des cellules arrivées à maturité ont été incubées, puis, à l’aide d’une pince et d’un petit électrode, les scientifiques les ont découpées et assemblées comme comme pour un puzzle ou des Lego, en suivant les modèles virtuels. Sachant que ces artéfacts mesurent entre 650 et 750 microns, soit une taille plus petite qu’une tête d’épingle, ce processus se déroule avec un microscope comme support.

Une utilité médicale

Au fil de l’assemblage, les cellules ont commencé à réellement fonctionner. Les cellules provenant des peaux de grenouille forment l’enveloppe physique, passive, là où les cellules musculaires provenant des cœurs émettent la traction nécessaire à l’organisme pour avancer. Les xenobots sont « capables de se déplacer de façon cohérente et d’explorer leur environnement aquatique pendant des jours ou des semaines ».

En haut, la représentation virtuelle produite avec l'algorithme. En bas, le xenobot qui en résulte.

Source : University of Vermont

Ils peuvent interagir avec leur environnement : les scientifiques ont pu leur faire pousser, individuellement ou en groupe, des petites particules en plus ou moins grande quantité. Certains xenobots ont aussi été conçus avec un trou au milieu de leur corps, pour qu’ils puissent contenir et déplacer des objets. L’utilité médicale de cette fonction est évidente, rappellent les chercheurs. Ils estiment que « c’est un pas en avant vers l’utilisation d’organismes conçus par ordinateur permettant l’administration intelligente de médicaments ». Ces machines vivantes pourraient effectivement se déplacer au sein de notre corps pour y conduire des composés.

Les scientifiques précisent toutefois que les xenobots sont actuellement incapables de trouver une solution pour se retourner lorsqu’ils se retrouvent sur le dos — ils dépérissent quand c’est le cas.

Cela ressemble à un beignet, mais c'est un xenobot avec un trou au milieu. Idéal pour le transport, même à l'échelle microscopique.

Source : University of Vermont

Flexibles et biodégradables

Ces machines vivantes apportent, selon leurs auteurs, de nombreux avantages. Elles sont reconfigurables : plusieurs « formats » peuvent être conçus. Il suffit simplement de les tester avant dans des simulations produites par l’algorithme, via un superordinateur, afin d’en tester la faisabilité et l’utilité potentielle. Les xenobots peuvent donc être littéralement programmés pour répondre à toute une variété de fonctions.

Même après avoir été endommagés, les xenobots s’auto-réparent

« Nous pouvons imaginer de nombreuses applications utiles à ces machines vivantes que d’autres machines ne peuvent pas remplir, selon Michael Levin, co-auteur de l’étude, comme la recherche de composés nocifs ou de contamination radioactive, la collecte de microplastiques dans les océans, le déplacement dans les artères pour racler des plaques [des plaques de sang peuvent se former à cause de certaines maladies, ndlr] ». Les xenobots auraient aussi l’avantage… de ne pas être faciles à casser. Un ordinateur ne peut pas être découpé en deux ni facilement réparé, là où ces petits organismes, même après avoir été découpés en deux, se reforment, se réparent et reprennent leur tâche comme si de rien n’était.

Les xenobots ne meurent que lorsqu’ils sont à court de protéines. Ils n’ont alors plus assez d’énergie. Les machines vivantes ne deviennent rien de plus qu’une coquille vide faite de cellules mortes. En ce sens, ils sont entièrement biodégradables. Un avantage écologique de premier plan selon les chercheurs. « La plupart des technologies sont fabriquées à partir d’acier, de béton, de produits chimiques et de plastiques, qui se dégradent avec le temps et peuvent produire des effets secondaires nocifs pour l’environnement et la santé. Ce serait donc utile de concevoir des technologies utilisant des matériaux auto-renouvelables et biocompatibles ».

Qu’est-ce que la vie

Le terme « vivant » n’est pas sans poser problème, dans ce contexte. Les xenobots ne sont absolument pas dotés d’un cerveau, ni d’un système nerveux sensible, ils n’ont aucun organe reproducteur et ne peuvent donc pas se répliquer. Ils ne peuvent prendre aucune décision par eux-mêmes, ni évoluer. Raison pour laquelle les chercheurs les associent à la notion de machine : ce ne sont pas vraiment des êtres, mais des programmes.

À gauche, la conception dans le superordinateur : en vert, les tissus de peau, en rouge, les muscles issus des coeurs de grenouilles. À droite, une représentation comparative, avec les mêmes zones colorées, de l'organisme in vivo.

Source : University of Vermont

Ce n’est pas pour autant que ce type de développements biotechnologiques ne soulève pas des problèmes éthiques, au moins d’un point de vue futurologique : les xenobots pourraient très bien se transformer en armes biologiques, et l’intégration éventuelle d’un système nerveux poserait cette fois un peu plus la question de leur statut dans le vivant.

Les auteurs de cette invention veulent craquer le code du vivant

L’équipe de recherche est en tout cas persuadée de l’utilité pratique des xenobots, mais aussi de tout ce qu’ils peuvent nous dévoiler sur les mystères de la vie biologique. Les chercheurs ont réussi à transformer des cellules de grenouille en des formes qui n’ont rien à voir avec l’anatomie associée naturellement à ces cellules. « Si vous regardez les cellules avec lesquelles nous avons construit nos xénobots, alors, génétiquement, ce sont des grenouilles. C’est de l’ADN de grenouille à 100%, mais ce ne sont pas des grenouilles. Alors on ne peut que se demander ce que ces cellules sont capables de construire d’autre ? », interroge Michael Levin.

Pour les auteurs de l’étude, leur prototype biotechnologique est une étape pour « craquer le code » du vivant, pour « élargir davantage notre compréhension des diverses formes et fonctions que la vie peut adopter ».