211service.com
Création de parties de cellule à partir de zéro
Des chercheurs de l'Université Harvard ont construit un ribosome fonctionnel - la machine à fabriquer les protéines de la cellule - à partir de zéro, molécule par molécule. La création représente une étape importante vers la création de la vie artificielle, et elle pourrait finalement combler une lacune majeure dans notre compréhension des origines de la vie. Mais les scientifiques qui ont fabriqué le ribosome sont surtout intéressés par ses applications industrielles. Ils prévoient de bricoler génétiquement la machinerie moléculaire afin qu'elle puisse fabriquer des protéines plus efficacement, ainsi que des protéines qui sont l'image miroir de celles que l'on trouve habituellement dans la nature. Ces deux améliorations pourraient être un avantage majeur dans l'industrie pharmaceutique, entre autres.
Usine de protéines : On voit ici la structure d'un ribosome, la structure cellulaire qui produit des protéines. Les scientifiques ont maintenant créé un ribosome à partir de zéro.
Pour faire les ribosomes, Église Saint-Georges , un généticien de Harvard et chercheur postdoctoral Mike Jewett a d'abord désassemblé des ribosomes de Escherichia coli , une bactérie de laboratoire commune, dans ses molécules composantes. Ils ont ensuite utilisé des enzymes pour reconstituer les divers composants ARN et protéines. Lorsqu'ils sont réunis dans un tube à essai, ces composants se sont spontanément formés en ribosomes fonctionnels. Alors que les scientifiques ont déjà reconstitué des ribosomes, qui sont constitués d'une configuration complexe d'ARN et de protéines, dès les années 1960, ces versions antérieures étaient de pauvres producteurs de protéines et ont été créées dans des conditions chimiques très différentes de celles d'une cellule normale.
Les chercheurs ont utilisé le ribosome artificiel pour produire avec succès l'enzyme luciférase, une protéine de luciole qui génère l'éclat de l'insecte. Finalement, dit Church, il veut créer de minuscules usines de protéines à partir de ribosomes sur mesure. Nous voulons fabriquer de grandes quantités de protéines spéciales difficiles à fabriquer in vivo et utiles pour la production de vaccins [et à d'autres fins].
Ensuite, les chercheurs veulent créer un ribosome capable de se recréer. Ils ont compilé une liste de 151 gènes qu'ils pensent nécessaires pour un ribosome auto-reproducteur, y compris des gènes pour les protéines ribosomiques, différents types d'ARN, des enzymes qui catalysent différentes réactions dans la synthèse des protéines et des gènes supplémentaires non directement liés au ribosome. Nous pensons qu'il y a suffisamment de gènes pour répliquer l'ADN, produire de l'ARN et des ribosomes, et avoir une membrane primitive, dit Church. Une fois que vous l'aurez mis en route, il devrait pouvoir continuer si vous lui fournissez des acides aminés et des d'ADN et d'ARN].
Une fois le système opérationnel, les chercheurs espèrent l'optimiser génétiquement pour en faire une usine à protéines efficace. Les produits protéiques, tels que les médicaments biologiques, sont maintenant principalement fabriqués dans des cuves de bactéries. Lorsque vous fabriquez des protéines dans des bactéries vivantes, vous jetez 90 pour cent de la biomasse bactérienne juste pour obtenir quelques grammes de protéines, explique David Deamer , chimiste à l'Université de Californie à Santa Cruz. Si vous pouviez le faire sans organismes vivants, cela pourrait être beaucoup plus efficace.
Reconstitution des ribosomes : Voici une liste de pièces pour la création d'un ribosome synthétique auto-répliquant. Les protéines sont représentées en violet, l'ARN en rouge et l'ADN en bleu. La liste comprend 54 protéines ribosomiques, ainsi que des enzymes à base d'ARN impliquées dans la production de protéines et d'autres molécules qui interagissent avec les ribosomes.
Church et son équipe souhaitent également utiliser le ribosome pour fabriquer une nouvelle classe de protéines, celles qui sont l'image miroir des protéines présentes dans la nature. Les protéines et de nombreuses autres molécules ont une latéralité, ou chiralité, dans leur structure. Les acides aminés fabriqués dans la nature sont presque exclusivement gauchers. Et tout comme un gant ne tient qu'à une main, les enzymes gauchers ne peuvent catalyser les réactions des substrats qu'avec la bonne main. Cela signifie que les molécules d'image miroir seraient résistantes à la dégradation par les enzymes ordinaires, explique Church. Cela pourrait avoir d'importantes applications industrielles, générant des enzymes durables pour la biofermentation, utilisées pour créer des biocarburants et d'autres produits.
L'industrie pharmaceutique pourrait également bénéficier d'une méthode pour fabriquer des molécules à image miroir. Contrairement à la synthèse biologique, la synthèse chimique produit un mélange de molécules gauchers et droitiers. Mais avec de nombreux médicaments – l'exemple le plus notoire est la thalidomide – une forme est bénéfique et l'autre nocive. Il est coûteux de séparer les deux versions, donc une alternative efficace qui fait juste la forme désirée dès le départ pourrait être une aubaine pour les fabricants. Church et Jewett n'ont pas encore créé de protéine miroir à l'aide de leur ribosome synthétique, mais ils disent que cela peut être fait en modifiant simplement quelques molécules dans l'enzyme qui relie les acides aminés en protéines.
Le ribosome artificiel a également des applications beaucoup plus larges. C'est une étape majeure sur la voie de la création d'une vie artificielle, une cellule qui peut s'auto-assembler et se reproduire. Les scientifiques veulent créer un organisme à partir de zéro à la fois pour mieux comprendre le fonctionnement interne de la biologie et pour créer de nouvelles formes de vie hautement ingénieries qui peuvent être utilisées pour fabriquer de nouveaux carburants, nettoyer les toxines ou remplir d'autres fonctions utiles.
De plus, le ribosome pourrait résoudre d'importantes questions sans réponse sur les origines de la vie. Comment les premiers ribosomes ou la structure équivalente ont-ils évolué sur le chemin de la vie telle que nous la connaissons ? C'est vraiment une lacune majeure dans notre compréhension de l'origine de la vie, dit Deamer. Si [Church] peut manipuler des parties pour créer une version meilleure ou plus simple du ribosome, cela nous apprendra beaucoup sur la façon dont les ribosomes sont apparus. Et deuxièmement, pourquoi presque toute la vie a-t-elle une chiralité gaucher ? C'est un mystère, dit Fred Blattner, un généticien à l'Université du Wisconsin-Madison. Est-ce que cela s'est passé de cette façon, ou y a-t-il une raison dont nous ne sommes pas au courant? Avec un ribosome gaucher, la réponse à la question pourrait bientôt être à portée de main.