2023-11-12 14:00:00
Avant 2010, Synthia n’était rien, elle n’existait pas. Cependant, il présentait désormais les caractéristiques de ce que nous appelons « vivant ». Son existence n’est pas le résultat de l’évolution d’un autre micro-organisme, mais de effort de plus d’une vingtaine de chercheurs et des millions de dollars investis dans une série de projets en génétique. Mycoplasme de laboratoirecomme on appelait l’organisme, est une souche créée artificiellement d’une bactérie sans paroi cellulaire.
Sa production a été une odyssée qui a nécessité une équipe composée de certains des meilleurs généticiens de la planète. inventer de nouvelles techniques afin de réaliser les expériences. L’idée générale du projet était d’étudier le nombre minimum de gènes nécessaires pour créer un organisme vivant, c’est-à-dire capable de se nourrir, de se reproduire et d’interagir avec l’environnement. Ils sont donc partis de les organismes avec le plus petit génome connu à l’époque et ils ont étudié les gènes qui n’étaient pas essentiels à leur maintien en vie.
L’un des organismes, Mycoplasme génital semblait le candidat idéal, puisqu’il est capable de vivre avec un peu plus de 500 gènes dans son génome, soit 580 070 paires de bases – ce que l’on appelle communément « lettres » d’ADN.
À titre de référence, les humains possèdent environ 20 000 gènes codant pour des protéines (les derniers chiffres indiquent 63 494 au total, y compris les gènes non codants) et plus de 6 milliards de paires de bases.
La création de la vie synthétique
M. génital Elle doit son nom au fait qu’il s’agit d’une bactérie qui a été isolé pour la première fois en 1981 à partir d’échantillons du tractus urogénital. La bactérie est capable d’infecter les voies urinaires et génitales des hommes et des femmes et se transmet généralement par contact sexuel. Actuellement, l’augmentation du nombre de cas est très préoccupante, car elle provoque des douleurs, des problèmes de miction, des saignements et peut même conduire à des naissances prématurées. Mais dans un espace confiné comme le laboratoire dont ils disposaient d’autres problèmes avec ce micro-organisme. M. génital Sa croissance est très lente, et la lenteur de cette bactérie se heurte de plein fouet à la rapidité avec laquelle les expériences doivent être réalisées. Ils ont donc décidé de le remplacer par M. Mycoïdesavec un génome presque deux fois plus grand.
Pour matérialiser le génome complet de l’organisme, ils ont commencé à assembler des fragments d’ADN composé de 5 000 à 7 000 paires de bases comme s’il s’agissait de pièces nidifiantes. Au cours du processus, ils en ont profité pour introduire certains « filigranes » indiquant que le génome était artificiel, ainsi que des inscriptions dans le code génétique. Une fois en possession du génome complet, ils ont essayé de l’insérer dans le génome d’un autre membre de la famille. Mycoplasme, M. capricolum dont l’ADN avait été complètement extrait. Il a fallu plusieurs tentatives, les cellules étaient réticentes à accepter cet ADN étranger, mais elles ont finalement observé un point bleu dans l’une des colonies bactériennes, ce qui signifiait qu’une nouvelle vie avait commencé. Autrement dit, ils ont réussi à transformer cette cellule en première bactérie vivante conçue sur un ordinateur.
Certains généticiens renommés comme George Church de Harvard ont déclaré que cet organisme ne pouvait pas être qualifié de synthétique, puisqu’il s’agissait d’une reconstruction d’un autre micro-organisme. Or, après ce premier test, nécessaire à la création et à l’amélioration de la technologie, ils ont présenté en 2016 une version avec seulement 473 gènes, qu’ils ont appelée JCVI-syn3.0. Ce micro-organisme possède un génome plus petit que n’importe quelle cellule qui se réplique indépendamment dans la nature et Elle est reconnue comme la première bactérie entièrement synthétique.
La famille synthétique s’agrandit
Bien que JCVI-syn3.0 soit la première bactérie synthétique, Ce n’est pas le premier organisme artificiel. Treize ans plus tôt, en 2003, le prix Nobel Hamilton O. Smith et le chercheur Clyde A. Hutchison avaient synthétisé le génome d’un virus bactériophage -qui attaque les bactéries- appelé PhiX174. Cependant, cet organisme ne possède que 5 386 paires de bases, soit 100 fois moins que JCI-syn3.0, et ne peut se reproduire qu’en infectant des bactéries, le saut qualitatif est donc notable.
Bernal, RA, Hafenstein, S., Esmeralda, R., Fane, BA, Rossmann, MG
Reconstruction de la structure de la capside du virus phiX174
Depuis, les progrès des outils d’édition génétique ont permis d’apporter des modifications plus précises à l’ADN et de modifier à volonté les caractéristiques des cellules. Cependant, certains groupes tentent de concevoir des micro-organismes à partir de zéro. Pour ces groupes de recherche, un génome entièrement synthétique et conçu de manière rationnelle promet des opportunités sans précédent pour le contrôle de la fonction cellulaire. Avec ces organismes, des composés présentant un intérêt industriel pourraient donc être produits dans des bioréacteurs de manière beaucoup plus efficace qu’actuellement.
Aujourd’hui, c’est encore extraordinairement complexe pour concevoir le génome d’un organisme. En 2019, l’Université ETH de Zurich a tenté d’imiter et d’améliorer les résultats obtenus avec JCVI-syn3.0, et ce en modifiant par ordinateur l’intégralité du génome d’un organisme appelé Caulobacter croissant, une bactérie d’eau douce avec 6 290 gènes et 785 701 paires de bases. Après avoir remplacé 133 313 paires de bases, le résultat fut une nouvelle bactérie appelée Caulobacter ethensis-2.0 avec seulement 799 gènes et cela, en théorie, était viable. Malheureusement, à ce jour, c’est toujours le cas ils n’ont pas pu l’introduire de manière satisfaisante dans un micro-organisme.
Un saut évolutif de plus
Pour ces raisons, 9 articles publiés dans le magazine Génomique cellulaire ont fait sensation dans la communauté scientifique. Après 15 ans de travail intense, des centres de recherche au Royaume-Uni, aux États-Unis, en Chine, à Singapour, en France et en Australie ont recréé synthétiquement les 16 chromosomes qui composent le génome de la célèbre levure Saccharomyces cerevisiae. En plus de cela, ils ont réussi à réintroduire 7,5 de ces chromosomes synthétiques dans la levure. Comme l’ADN n’est pas réparti également dans les chromosomes, plus de 50 % du génome de levure résultant est artificiel. C’est la première fois qu’un pourcentage aussi élevé d’une cellule eucaryote est modifié avec succès. beaucoup plus complexe que n’importe quelle bactérie.
Cell/Zhao et coll.
Image en microscopie électronique à balayage de la souche de levure ayant environ 31 % d’ADN synthétique et montrant une morphologie et un comportement de bourgeonnement normaux.
Utiliser S. cerevisiae Ce n’est pas le fruit du hasard, Depuis des milliers d’années, l’humanité utilise cette levure pour la fabrication de pain et de boissons fermentées., ainsi que d’autres composés chimiques. Par conséquent, comprendre et apprendre à contrôler toutes les caractéristiques de votre génome à ce niveau peut aider à obtenir de nouveaux produits alimentaires, chimiques et pharmacologiques.
Levure 2.0
Le nom de cette nouvelle levure est Sc2.0 et présente une série de caractéristiques très intéressantes jamais vues auparavant dans aucun organisme. Parmi ces caractéristiques, les chercheurs ont créé un chromosome spécial. Il contient tous les gènes qui codent pour le Transférer l’ARN, molécule nécessaire à la production de protéines dans la cellule. Normalement, ces gènes sont répartis dans tous les chromosomes, mais les chercheurs pensent que leur regroupement peut augmenter l’efficacité de la levure.
De plus, ils ont réussi à introduire un système au sein du génome qu’ils ont appelé SCRaMbLE, qui permet aux gènes de se mélanger et de se réorganiser. De cette manière, différentes populations de levures peuvent être obtenues et une plus grande diversité peut être créée de manière contrôlée.
Pour insérer des chromosomes artificiels dans la levure, ils ont commencé par modifier un seul des chromosomes. C’est-à-dire, Ils ont créé 16 souches de levure différentes, chacune avec 15 chromosomes naturels et un synthétique, différents dans chacune des souches. Après avoir effectué une série de réglages et vérifié leur bon fonctionnement, ils les ont laissés se reproduire et ont pris les levures possédant le plus grand nombre de chromosomes synthétiques. De cette manière, ils ont obtenu des levures contenant un nombre croissant de chromosomes synthétiques. Pour augmenter l’efficacité de la méthode, ils ont créé un système appelé « substitution chromosomique » avec lequel ils ont réussi à transférer 7,5 chromosomes à l’une des levures.
Le prochain défi est de finir d’inclure le reste des chromosomes synthétiques à la levure et ainsi créer le premier organisme eucaryote 100% synthétique. Bien que cet objectif marque la fin du projet, les chercheurs affirment qu’il s’agit plutôt d’un début. Grâce à un génome entièrement synthétique et modifiable, la levure peut être amenée à produire pratiquement n’importe quelle molécule d’intérêt, des médicaments aux bioplastiques ou aux biocarburants.
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