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Levure 2.0
Les scientifiques ont synthétisé un chromosome entier de levure, le premier chromosome artificiel du royaume de la vie qui comprend les humains, les plantes et les champignons. Les levures avec le chromosome artificiel semblaient être aussi heureuses que leurs homologues naturelles, rapporte l'équipe. Les méthodes développées pour créer la structure génomique de conception pourraient aider les biologistes synthétiques à mieux utiliser les champignons unicellulaires comme usines biologiques pour des produits chimiques comme les biocarburants et les médicaments.
Image d'électrographe à balayage d'une cellule de levure bourgeonnant d'une cellule fille.
Les humains manipulent la levure depuis des milliers d'années, transformant d'abord des souches sauvages du champignon en fermenteurs vivifiants qui nous donnent de la bière et du pain. La levure est également depuis longtemps un organisme de laboratoire pour l'étude de la biologie moléculaire et de la génétique; en fait, une grande partie de ce que nous savons sur la génétique du cancer provient de la recherche sur nos amis fongiques. Ces dernières années, les scientifiques ont découvert comment créer de nouvelles voies biochimiques dans la levure, créant des usines vivantes pour les médicaments, les biocarburants, etc. Le rapport sur le premier chromosome artificiel de levure de conception suggère aux chercheurs des moyens de produire de nouveaux produits chimiques dans les microbes ou de rendre leur production biologique plus efficace.
Il y a six ans, le J. Craig Venter Institute a construit le premier chromosome artificiel, qui englobait le génome complet d'une bactérie (voir Synthesizing a Genome from Scratch ). Deux ans plus tard, ce génome artificiel de 582 970 paires de bases a été transplanté dans une cellule qui a commencé avec succès à exécuter ses instructions (voir Synthetic Genome Reboot Cell ).
Le premier chromosome synthétique de levure, signalé dans La science jeudi , ne représente qu'une partie du génome complet de cet organisme et a une longueur de 272 871 paires de bases. L'équipe dirigée par l'Université Johns Hopkins a d'abord conçu le chromosome sur un ordinateur, rationalisant la séquence chromosomique naturelle afin qu'elle ait moins de séquences répétitives et d'autres ajustements. Étudiants de premier cycle dans une classe appelée Construire un génome à Johns Hopkins a utilisé des astuces de biologie moléculaire pour enchaîner des extraits d'ADN d'environ 70 nucléotides (A, T, G et C) en blocs de 750 paires de bases. Ensuite, d'autres chercheurs ont continué à assembler ces blocs en des tronçons plus longs du chromosome, et finalement les plus gros morceaux ont été livrés dans des cellules de levure, qui ont pris en charge les dernières étapes d'assemblage pour créer le chromosome artificiel entier.
Le chromosome artificiel est une version de concepteur d'un seul des 16 chromosomes de la levure, et le plus petit de plus. Mais le travail est un pas en avant important pour la biologie synthétique et une étape importante dans un effort international pour construire un génome de levure complètement synthétique, projet Sc2.0 (du nom scientifique de la levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae ).
En plus de supprimer certaines séquences inutiles du code de leur chromosome de concepteur, les chercheurs ont également entouré de nombreux gènes du chromosome avec de minuscules morceaux d'ADN qui servent de sites d'atterrissage pour une protéine pouvant être utilisée pour créer des mutations à la demande. Avec ces changements de concepteur, les chercheurs disent qu'ils seront en mesure de tester combien de mutations un génome de levure peut tolérer à la fois et potentiellement découvrir des mutations bénéfiques qui pourraient donner naissance à des souches qui peuvent survivre dans un plus large éventail de conditions ou peut-être être de meilleures usines pour molécules utiles comme les carburants et les médicaments. Déjà, les chercheurs ont montré que l'induction d'une mutation chez la levure à l'aide des sites concepteurs entraînait une croissance plus lente de certaines cellules, et d'autres encore une croissance plus rapide.
Chercheur principal Jef Boeke raconte Le bord que l'équipe prévoit de créer ces ajouts prêts pour la mutation dans les 16 chromosomes. Cette fontaine de variabilité pourrait être la clé pour trouver des moyens de pousser nos amis fermenteurs à créer plus efficacement des biocarburants et d'autres produits chimiques.