What remains from living cells in bacterial lysate-based cell-free systems | Ce qui reste des cellules vivantes dans les systèmes acellulaires à base de lysats bactériens

International audience

English. Because they mimic cells while offering an accessible and controllable environment, lysate-based cell-free systems (CFS) have emerged as valuable biotechnology tools for synthetic biology. Historically used to uncover fundamental mechanisms of life, CFS are nowadays used for a multitude of purposes, including protein production and prototyping of synthetic circuits. Despite the conservation of fundamental functions in CFS like transcription and translation, RNAs and certain membrane-embedded or membrane-bound proteins of the host cell are lost when preparing the lysate. As a result, CFS largely lack some essential properties of living cells, such as the ability to adapt to changing conditions, to maintain homeostasis and spatial organization. Regardless of the application, shedding light on the black-box of the bacterial lysate is necessary to fully exploit the potential of CFS. Most measurements of the activity of synthetic circuits in CFS and in vivo show significant correlations because these only require processes that are preserved in CFS, like transcription and translation. However, prototyping circuits of higher complexity that require functions that are lost in CFS (cell adaptation, homeostasis, spatial organization) will not show such a good correlation with in vivo conditions. Both for prototyping circuits of higher complexity and for building artificial cells, the cell-free community has developed devices to reconstruct cellular functions. This mini-review compares bacterial CFS to living cells, focusing on functional and cellular process differences and the latest developments in restoring lost functions through complementation of the lysate or device engineering.

French. Parce qu'ils imitent les cellules tout en offrant un environnement accessible et contrôlable, les systèmes cell-free à base de lysats (CFS) sont devenus des outils précieux pour la biologie synthétique. Historiquement utilisés pour découvrir les mécanismes fondamentaux de la vie, les CFS sont aujourd'hui utilisés à de multiples fins, notamment pour la production de protéines et le prototypage de circuits synthétiques. Malgré la conservation de fonctions fondamentales en CFS , telles que la transcription et la traduction, les ARN et certaines protéines de la cellule hôte intégrées ou liées à la membrane sont perdus lors de la préparation du lysat. Par conséquent, les CFS sont largement dépourvues de certaines propriétés essentielles des cellules vivantes, telles que la capacité à s'adapter à des conditions changeantes, à maintenir l'homéostasie et l'organisation spatiale. Quelle que soit l'application, il est nécessaire de faire la lumière sur la boîte noire du lysat bactérien pour exploiter pleinement le potentiel des CFS . La plupart des mesures de l'activité des circuits synthétiques en CFS et in vivo montrent des corrélations significatives parce qu'elles ne requièrent que des processus qui sont préservés en CFS , comme la transcription et la traduction. Cependant, les circuits de prototypage d'une plus grande complexité qui nécessitent des fonctions perdues en CFS (adaptation cellulaire, homéostasie, organisation spatiale) ne présenteront pas une aussi bonne corrélation avec les conditions in vivo. Tant pour le prototypage de circuits plus complexes que pour la construction de cellules artificielles, la communauté acellulaire a mis au point des dispositifs permettant de reconstruire les fonctions cellulaires. Cette mini-revue compare CFS bactérienne aux cellules vivantes, en se concentrant sur les différences fonctionnelles et les processus cellulaires, ainsi que sur les derniers développements en matière de restauration des fonctions perdues par le biais de la complémentation du lysat ou de l'ingénierie des dispositifs.