ADN artificiel accepté par les enzymes naturelles

L’alphabet génétique ne contient que quatre lettres, qui correspondent aux quatre nucléotides, les éléments biochimiques qui composent tout l’ADN. Depuis longtemps, on spécule sur une idée aussi fascinante qu’audacieuse : si l’on ajoute davantage de lettres à cet alphabet en créant de nouveaux nucléotides en laboratoire, les cellules seront-elles capables de reconnaître et d’utiliser des nucléotides artificiels pour fabriquer des protéines ?

Aujourd’hui, une équipe comprenant, entre autres, Juntaek Oh et Dong Wang, de l’Université de Californie à San Diego, et Steven A. Benner, du Salk Institute for Biological Studies, deux institutions aux États-Unis, a découvert que l’ARN polymérase , l’une des enzymes les plus importantes impliquées dans la synthèse des protéines, est capable de reconnaître et de transcrire une paire de bases artificielles exactement comme elle le fait pour les paires de bases naturelles.

Les quatre nucléotides qui composent l’ADN sont appelés adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C). Dans une molécule d’ADN, les nucléotides forment des paires de bases avec une géométrie moléculaire unique. Ces couples sont toujours formés dans les mêmes configurations : AT et CG. La structure en double hélice de l’ADN se forme lorsque de nombreuses paires de bases se réunissent.

Une nouvelle version de l’alphabet génétique standard a été utilisée dans la nouvelle recherche. Cette nouvelle version s’appelle AEGIS, qui signifie Artificially Expanded Genetic Information System et intègre plus de lettres. Développé à l’origine par Benner, AEGIS a commencé comme une initiative soutenue par la NASA pour tenter d’avoir une idée des voies alternatives par lesquelles la vie aurait pu apparaître ailleurs dans l’univers.

Tout comme l’ajout de nouvelles lettres à l’alphabet d’une langue élargit considérablement son vocabulaire, l’ajout de nouveaux nucléotides synthétiques à l’alphabet génétique peut élargir les possibilités de la biologie synthétique. Cette image montre une représentation de l’ARN polymérase (au centre) et une représentation d’un nucléotide synthétique (en bas à droite). (Image : Sciences de la santé de l’UC San Diego)

En isolant les enzymes ARN polymérase des bactéries et en testant leurs interactions avec des paires de bases synthétiques, les auteurs de l’étude ont découvert que les paires de bases synthétiques AEGIS forment une structure géométrique qui ressemble à la géométrie des paires de bases naturelles. Résultat : les enzymes qui transcrivent l’ADN ne peuvent pas distinguer ces paires de bases synthétiques des paires de bases naturelles.

“Étant donné la diversité de la vie sur Terre avec seulement quatre nucléotides, les possibilités de ce qui pourrait arriver si nous pouvons en ajouter d’autres sont alléchantes”, réfléchit Wang.

L’étude est intitulée « Une géométrie Watson-Crick unifiée entraîne la transcription d’alphabets d’ADN étendus à six lettres par l’ARN polymérase d’E. coli. » Et cela a été publié dans la revue universitaire Nature Communications. (Fontaine: NCYT de Amazings)