La vie synthétique cherche du travail

Dans l'édition du 15 mai 2014 de la revue La nature , le laboratoire de chimie de Floyd Romesberg au Scripps Research Institute de San Diego a publié un article intitulé A Semi-Synthetic Organism with an Expanded Genetic Alphabet. Romesberg et ses collègues avaient créé une bactérie incorporant des éléments chimiques qui, pour autant que l'on sache, n'ont jamais fait partie d'aucune forme de vie terrestre.

Il y avait eu des prétentions antérieures à créer la vie. Le pionnier du génome Craig Venter a dirigé une équipe qui a fabriqué un génome pour un germe qui cause la pneumonie chez les vaches, mais leurs efforts ont utilisé les bases chimiques familières de l'ADN, connues par les lettres A, G, C et le groupe de T. Romesberg, d'autre part. main, a ajouté deux lettres supplémentaires, surnommées X et Y. Lorsque la bactérie a réussi à répliquer X et Y au cours des générations suivantes, le laboratoire de Romesberg pourrait prétendre avoir créé le premier être vivant avec un code génétique élargi.

Les gens demandaient quel était le problème, et j'ai dit: «Imaginez que vous ayez une langue avec seulement quatre lettres», dit Romesberg. «Ce serait maladroit et réduirait vraiment le genre d'histoires que vous pourriez raconter. Alors imaginez deux autres lettres. Maintenant, vous pouvez écrire des histoires plus intéressantes.

Les nouveaux médicaments sont l'histoire la plus évidente qui pourrait être racontée avec la technologie. Une start-up appelée Synthorx , créé par Romesberg et le fonds de capital-risque Avalon Ventures, affirme avoir exploité la bactérie E. coli contenant X et Y pour aider à fabriquer une protéine, une étape que le président et chef de la direction de la société, Court Turner, décrit comme notre bébé licorne. La société n'a pas identifié la protéine, sauf pour dire qu'elle est bien étudiée et qu'elle y a ajouté une nouvelle fonction, un moyen pour un autre médicament de se fixer à la protéine sur un site spécifique.

La technologie pourrait également ouvrir la voie à de nouveaux médicaments biotechnologiques. Presque tous ces médicaments, des protéines comme l'insuline ou l'érythropoïétine qui stimule les cellules sanguines, sont fabriqués à l'intérieur d'une bactérie ou d'une autre cellule. Mais l'ADN synthétique pourrait étendre considérablement les médicaments possibles. En effet, une cellule normale fabrique des protéines à partir de seulement 20 acides aminés, les enchaînant en longues chaînes. Exactement quel acide aminé est ensuite ajouté est spécifié par des séquences d'ADN à trois lettres, appelées codons.

Bien que les calculs deviennent compliqués, avec l'ajout des nouvelles bases X (nom chimique d5SICS) et Y (nom chimique dNaM), Romesberg a approximativement triplé le nombre de codons possibles et a théoriquement augmenté à 172 le nombre d'acides aminés différents qu'une cellule pourrait construire une protéine à partir de (voir ce graphique explicatif ).

Les scientifiques de Synthorx travaillent sur un système pour produire des protéines en utilisant de l'ADN partiellement synthétique.

C'est important parce que les scientifiques ont inventé des milliers d'acides aminés artificiels. Il n'a tout simplement pas été très facile d'en faire des protéines. Contrairement aux médicaments conventionnels, où les chimistes exercent un contrôle exquis sur la position de chaque atome, avec les protéines, ils ont surtout besoin d'un être vivant pour faire leur fabrication à leur place. Lorsque vous arrivez aux protéines entières, les chimistes perdent vraiment la capacité. Les molécules de protéines sont trop complexes, trop grandes, dit Peter Schultz, un biologiste Scripps. (Romesberg a été formé dans le laboratoire de Schultz.)

Finalement, il pourrait y avoir des bactéries produisant des protéines entièrement nouvelles. Pour faire une entreprise d'un milliard de dollars, oui, nous avons besoin d'une protéine, dit Romesberg. Le coup de circuit est la capacité de produire des protéines thérapeutiques contenant des acides aminés non naturels.

La réussite de Synthorx est un peu en deçà de cela. Il a fabriqué sa première protéine en brisant ses E. coli et en utilisant leurs gènes non naturels pour fabriquer une nouvelle molécule de protéine dans une réaction en tube à essai. Turner pense que le système pourrait intéresser les sociétés pharmaceutiques qui pourraient l'utiliser pour générer des idées de nouveaux médicaments. Vous pourriez fabriquer un million de protéines avec des acides aminés non naturels, dit-il.

Les organismes synthétiques pourraient conduire à d'autres types de produits, y compris de nouveaux vaccins. Il pourrait être possible, par exemple, de fabriquer une bactérie de la tuberculose contenant de l'ADN non naturel. Ce serait un vrai germe vivant. Mais sans aucune matière première pour copier ses gènes (c'est-à-dire sans source externe des produits chimiques X et Y), vous pouvez le donner à une personne sans craindre que cela la rende malade. Si c'était la tuberculose, mais aussi bénigne, ce serait le vaccin parfait, dit Schultz.

Court Turner, à gauche, PDG de Synthorx, examine les résultats d'une expérience de biologie synthétique.

Les formes de vie synthétiques ont des implications bien au-delà des nouveaux produits. Romesberg et Schultz font partie d'un groupe de scientifiques qui se sont posé la question fondamentale de savoir si la vie aurait pu évoluer d'une manière autre que celle que nous connaissons. La vie sur Mars aura-t-elle une cinquième et une sixième base ? demande Steven Benner, biologiste synthétique et fondateur de la Foundation for Applied Molecular Evolution à Gainesville, en Floride. Benner, qui travaille avec la NASA pour essayer de trouver de la vie sur d'autres planètes, suggère que la biologie synthétique pourrait également améliorer la capacité à détecter de nouvelles formes de vie terrestres. Peut-être qu'ils existent sur terre, mais nous ne savons tout simplement pas quoi chercher, dit-il. Cela vous oblige à poser des questions improvisées pour remettre en question vos hypothèses de base fondamentales.

Synthorx n'est pas la seule startup qui cherche à développer le code de la vie pour des raisons commerciales. Ambrx, une autre entreprise de San Diego , utilise des acides aminés non naturels en partenariat avec de grandes sociétés pharmaceutiques comme Eli Lilly et Merck. Et en janvier dernier, le scientifique de l'Université de Harvard, George Church, et son ancien élève, Farren Isaacs, de Yale, ont tenu une conférence de presse pour annoncer leur propre percée. Isaacs et Church ont décrit comment, dans des expériences séparées, ils ont créé ce qu'ils ont appelé un organisme génomiquement réordonné, ou GRO. Ils n'avaient pas changé les lettres d'ADN, mais ils avaient détourné quelques codons pour leur faire utiliser des acides aminés artificiels.

Church et Isaacs ont récemment annoncé la création d'une société basée à Boston, enEvolv , pour fournir ces GRO à l'usage de l'industrie pour, par exemple, nettoyer les déversements de pétrole ou même fabriquer du fromage. Lors d'une conférence téléphonique avec des journalistes en janvier, Church a déclaré que nous visons à modifier les cellules végétales et animales, et peut-être les plantes et les animaux.

Une objection potentielle à la technologie est déjà apparente : personne ne sait exactement ce que feraient ces nouvelles formes de vie si elles étaient relâchées dans la nature. Les E. coli de Romesberg dépendent d'une source externe de X et Y pour rester en vie. Church soutient également que ses GRO sont sûrs car ils dépendent d'acides aminés non naturels qui ne sont fournis qu'en laboratoire. Retenez-les et les bactéries meurent.

Ce type d'interrupteur d'arrêt est destiné à apaiser quiconque se demande ce qui se passe si la bactérie s'échappe. Mais ce n'est pas infaillible. Romesberg et Church ont rapporté qu'une infime fraction de la bactérie avait réussi à passer les menottes génétiques par mutation. Cela signifie que s'ils étaient libérés à l'extérieur du laboratoire, un organisme artificiel pourrait d'une manière ou d'une autre récupérer un produit chimique de substitution dans l'environnement pour remplacer celui qui lui est administré dans les laboratoires. Ou il pourrait échanger des gènes avec d'autres organismes qu'il rencontre en dehors d'une boîte de laboratoire. Un tel événement pourrait permettre à des germes modifiés de vivre et de se reproduire.

Schultz pense qu'il y aura des utilisations médicales d'organismes synthétiques bien avant qu'ils ne soient libérés dans l'environnement pour manger de l'huile ou faire du fromage. Et une fois que la biologie synthétique mènera à un nouveau médicament ou vaccin, pense-t-il, nous nous habituerons à l'idée d'inventer la vie pour notre propre bien. Il faut choisir les applications les plus à court terme de cette technologie pour montrer ce qu'elle peut vraiment faire pour le bien de l'humanité, dit Schultz. Je pense que la médecine est un domaine d'applications assez évidentes.

Cette version originale de cet article disait à tort que la tuberculose est causée par un virus. Elle est causée par une bactérie.

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