Il y a neuf ans, des scientifiques américains dirigés par le généticien Craig Venter annonçaient avoir créé le premier
Cependant, quelques années plus tard, les scientifiques ont reconnu quele génome de la bactérie n'a pas été radicalement modifié. Malgré cela, les travaux des scientifiques ont marqué le début d'une nouvelle direction de la génétique, qui est engagée dans la création d'organismes avec un ADN entièrement édité.
E. coli E. coli
Des scientifiques deprojet GP-write - ils ont déjà réussi à créer des copies artificielles de 2 des 16 chromosomes qui composent le génome d'une souche de levure de boulanger. Mais l'ADN de Mycoplasma mycoides ne contient que 1,08 million de paires de bases, et les chromosomes de levure en contiennent moins d'un million. L'E. coli avec lequel les généticiens ont travaillé au laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council of England à Cambridge contient 4 millions de bases.
Chercheurs dirigés par le Dr Jason China brisé ces 4 millions de bases d'Escherichia coli en 37 fragments et les a synthétisés. Le spécimen obtenu est similaire à ses homologues naturels, mais survit grâce à un ensemble plus restreint d’outils génétiques.
Qu'est-ce que l'ADN et pourquoi le synthétiser?
Tout d’abord, il convient de comprendre ce qu’est l’ADN. Il s'agit de l'acide désoxyribonucléique, qui est le matériel héréditaire de l'homme et de tous les organismes vivants.
Presque toutes les cellules du corps humain en ont un etle même ADN. La majeure partie de l'acide désoxyribonucléique se trouve dans le noyau de la cellule (l'ADN nucléaire), mais il est présent en petite quantité dans les mitochondries.
Les informations contenues dans l’ADN sont stockées sous forme de codeDes quatre bases chimiques: adénine (A), guanine (G), cytosine (C) et thymine (T). Le génome humain comprend environ 3 milliards de bases, et plus de 99% de ces bases sont les mêmes pour tous. Leur ordre et leur séquence déterminent comment le corps est construit et entretenu - de la même manière que les lettres de l'alphabet sont construites dans un certain ordre, formant des mots et des phrases.
Les bases de l'ADN s'associent les unes aux autres -par exemple, A avec T et C avec G pour former des unités appelées paires de bases. Chaque base est également attachée à une molécule de sucre et à une molécule de phosphate. Ensemble, la base, le sucre et le phosphate forment un nucléotide.
Les nucléotides sont disposés sous la forme de deux longs brins qui forment une double hélice - c'est ainsi que nous avons l'habitude de penser à l'ADN.
ADN
La structure de la double hélice rappelle quelque peu l’échelle: les paires de bases forment des gradins et les molécules de sucre et de phosphate forment des parties latérales verticales.
L'ADN replié dans une cellule contient des instructionsnécessaire à son fonctionnement. Par exemple, lorsqu'une cellule a besoin de plus de protéines pour se développer, elle lit l'ADN qui code pour la protéine souhaitée. Ces composés s'appellent des codons et sont écrits en trois lettres - par exemple, TCG et TCA.
Presque toutes les formes de vie, des méduses aux humains,utilisez 64 codons. Mais beaucoup d’entre eux font le même travail ou reprennent leurs fonctions. Un total de 61 codons constituent 20 acides aminés naturels qui peuvent être enfilés ensemble comme des perles sur un fil pour créer n'importe quelle protéine dans la nature. Trois codons supplémentaires agissent comme une sorte de frein : ils indiquent à la cellule quand la protéine est prête et qu’elle doit arrêter de la produire.
Les codons sont utilisés pour déterminer les acides aminés,constituants des protéines qu’ils produisent. Le TCA, par exemple, définit la sérine, ce qui signifie « extraire cet acide aminé du bouillon cellulaire et le lier à la protéine produite par la cellule ». AAG détecte la lysine. TAA signifie arrêter l’ajout d’acides aminés à la protéine en croissance. Mais AGT signifie également sérine, tout comme AGC, TCT, TCC et TCG. Si la nature était efficace, elle utiliserait 20 codons pour 20 acides aminés, plus un pour « stop ».
Les chercheurs ont tenté de créer un tel organisme optimisé.
Qu'a fait exactement la génétique?
Un groupe de scientifiques de Cambridge a étudié l'ensemblecode génétique de la souche E. coli et analysé les fonctions de tous les codons. Les chercheurs ont ensuite remplacé le codon sérine par AGC, chaque TCA (également sérine) par AGT et chaque TAG (codon stop) par TAA.
Au total, ils ont contribué à l'ADN de E. coli 18 214 modifications - le génome résultant était le plus grand bloc d’ADN jamais créé par fusion artificielle. Sur papier, l'enregistrement du génome modifié semble indiquer que les chercheurs ont décidé de remplacer un mot très courant dans une copie numérique du roman War and Peace.
Cependant, le travail le plus difficile a été de collectercopie chimique du génome réécrit et l’échangeons contre l’original dans les organismes vivants. Les travaux ont duré environ deux ans aux scientifiques: lorsque chaque fragment synthétique a remplacé le code d'origine, les chercheurs ont observé si la bactérie fonctionnerait ou mourrait.
"Il existe de nombreuses façons possibles de recodergénome, mais beaucoup d’entre eux posent problème : la cellule meurt. Par exemple, des codons soi-disant synonymes peuvent produire différentes quantités de protéines, et parfois des protéines présentant des caractéristiques inattendues qui tuent la cellule. »
Jason Chin, auteur principal de l'étude
Les chercheurs ont découvert un système de recodagece qui a permis de remplacer le code original par un code artificiel et de maintenir E. coli en vie, malgré l'utilisation de 59 codons au lieu de 61 pour générer des acides aminés et de deux codons au lieu de 3 pour arrêter ce processus.
Ainsi, les scientifiques ont pu réduire le nombre decodons de 64 à 61. Ceci est un nouveau record - jusqu'à présent, les généticiens ont réussi à créer la bactérie Escherichia coli, qui ne pourrait survivre qu'avec 63 codons au lieu de 64.
À quoi cela mènera-t-il
L’objectif principal de la création d’un génome modifié -la capacité de donner aux codons la capacité de générer l'un des centaines d'acides aminés, en plus des 20, définis par la nature. Cela permettra de synthétiser de nouvelles enzymes et d’autres protéines.
"La nature nous a donné un nombre limité d'enzymes,Nous avons appris à utiliser ces propriétés pour réaliser des tâches complexes, allant de la production de fromage et de jus de fruits à la fabrication de biocarburants, en passant par la détection de marqueurs lors de tests biologiques. Nous pouvons faire tout cela avec un ensemble de 20 acides aminés. Imaginez les possibilités que nous pouvons tirer de l’utilisation de 22 acides aminés ou plus », a déclaré Stat Ellis, expert en biologie synthétique à l’Imperial College de Londres.
Parmi ces opportunités figure la création de nouveauxl’alimentation, l’émergence de nouvelles opportunités pour l’industrie et, surtout, la création de bactéries résistantes aux virus. Cela permettra aux pharmaciens de créer des médicaments plus efficaces contre les virus et les bactéries.
La découverte des scientifiques a-t-elle donné ces opportunités ? Non. Mais il a fait de grands progrès dans la tentative de créer un génome complètement synthétique d’un organisme vivant avec des fonctions différentes de celles d’origine.
"Ils ont soulevé le domaine de la génomique synthétique surCe nouveau niveau consiste non seulement à collecter avec succès le plus grand génome synthétique jamais créé, mais également à y apporter les modifications les plus importantes », a conclu Alice dans une interview avec The Guardian.