Faire un génome rapidement à partir de zéro

Une technique de synthèse d'ADN rapide a été utilisée pour synthétiser un génome mitochondrial complet à partir de zéro. La nouvelle méthode sera utilisée pour fabriquer rapidement des vaccins par une start-up appelée Synthetic Genomics Vaccines.

Générateur de génome : Daniel Gibson, professeur à l'Institut J. Craig Venter, développe de nouvelles méthodes pour assembler l'ADN.

La nouvelle technique permet aux biologistes d'assembler de gros morceaux d'ADN à partir de conceptions éditées sur ordinateur plus rapidement qu'auparavant. Les chercheurs du Institut J. Craig Venter à Rockville, Maryland, a utilisé la méthode pour fabriquer le génome entier d'un organite cellulaire appelé mitochondrie, une étape qui pourrait conduire à des thérapies pour les maladies métaboliques. Synthetic Genomics s'associe au géant pharmaceutique Novartis pour accélérer le développement de vaccins contre la grippe en utilisant cette approche.

En étant capable de synthétiser rapidement l'ADN, nous pouvons fabriquer un nouveau vaccin de semence contre la grippe en 24 heures ou moins, explique J. Craig Venter , fondateur et président de l'institut. Il faut maintenant plusieurs mois pour produire un nouveau vaccin contre la grippe.

Avant chaque saison grippale, les épidémiologistes surveillent l'évolution rapide du virus de la grippe sur une période de plusieurs mois, et le Organisation mondiale de la santé (OMS) fait une supposition sur les trois souches les plus susceptibles de se propager. L'OMS développe ensuite des versions affaiblies de ces virus, et ces stocks de semences sont distribués aux fabricants de vaccins, qui incubent le vaccin à virus affaibli dans des œufs de poule, un processus qui prend 35 jours.

Chercheurs du J. Craig Venter Institute, dirigés par un professeur de l'institut Daniel Gibson , ont mis au point une technique pour synthétiser des segments d'ADN de la taille des génomes viraux. Avec le bon matériau de départ, le processus peut être effectué en quelques heures.

Travaillant avec une séquence d'ADN stockée dans un fichier informatique, les chercheurs la divisent d'abord en morceaux qui se chevauchent et qui sont suffisamment petits pour être fabriqués de manière économique et rapide à partir de produits chimiques en bouteille. Cela se fait à l'aide d'une machine standard appelée synthétiseur d'ADN. Plusieurs segments d'ADN sont ensuite regroupés avec un mélange d'enzymes qui les assemble en 15 minutes environ. Des morceaux plus longs sont à nouveau regroupés les uns avec les autres et le même mélange d'enzymes les assemble en une séquence ordonnée encore plus longue. La clé, dit Gibson, était de trouver la bonne combinaison de trois enzymes pour rassembler tous les fragments d'ADN.

Ce printemps, le groupe de Gibson a utilisé une technique plus laborieuse pour fabriquer la première cellule synthétique. Ils ont édité un génome bactérien sur ordinateur, l'ont synthétisé à l'aide de levures, puis l'ont transplanté dans une autre espèce de bactérie. L'utilisation de levure pour assembler le génome prend un certain temps car la levure doit se développer pendant la nuit pour assembler des fragments d'ADN. La levure est toujours nécessaire pour fabriquer quelque chose d'aussi gros qu'un génome bactérien entier, car elle peut fonctionner avec beaucoup plus d'ADN que les produits chimiques utilisés dans la nouvelle méthode.

Pour fabriquer des génomes plus petits, y compris ceux des vaccins, les chercheurs du Venter Institute n'ont pas besoin de levure. S'ils ont déjà fabriqué les fragments d'ADN de départ les plus courts, explique Gibson, ils peuvent constituer un stock de semences de vaccin entier ou le génome d'un organite cellulaire comme les mitochondries, en une seule journée. C'est exactement ce qu'ils ont fait dans le travail décrit dans un article publié cette semaine dans le journal Méthodes naturelles .

La mitochondrie est une partie vitale de toutes les cellules animales, jouant un rôle majeur dans le métabolisme, et elle possède son propre génome. Les maladies mitochondriales peuvent entraîner la surdité, le diabète, la faiblesse musculaire, des troubles d'apprentissage et de nombreux autres problèmes. En utilisant la méthode de synthèse rapide d'ADN pour étudier les mitochondries, nous espérons voir ce qui cause ces problèmes au niveau génétique, et voir si nous pouvons les résoudre, dit Gibson.

Au cours des trois prochaines années, Vaccins génomiques synthétiques s'associera à Novartis pour utiliser ces méthodes afin de constituer des stocks de vaccins contre la grippe. Novartis travaille sur une méthode de croissance de vaccins à base de cellules pour remplacer les œufs de poule qui sont utilisés aujourd'hui pour cultiver des vaccins. Cela éliminerait le besoin d'adapter les virus aux oiseaux, ce qui ajoute du temps, et devrait être généralement plus rapide. L'approche n'est pas encore approuvée par la Food and Drug Administration des États-Unis, mais des essais sont en cours.

Venter dit que la technique de synthèse d'ADN plus rapide pourrait également permettre de suivre le rythme d'agents pathogènes à évolution encore plus rapide qui changent trop rapidement pour que le développement de vaccins conventionnels puisse suivre. Cela inclut le VIH, le paludisme et le rhinovirus, l'une des causes du rhume.

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