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Modification du code génétique des bactéries vivantes
Des chercheurs de la Harvard Medical School ont mis au point un outil de recherche et de remplacement pour modifier le code génétique des bactéries vivantes. La technique offre un moyen plus puissant de manipuler les organismes vivants et pourrait éventuellement être utilisée pour fabriquer des microbes industriels plus sûrs, plus robustes et produire de nouveaux types de médicaments et de produits chimiques.
Anneau de recodage : Les pointes colorées autour de cet anneau représentent le nombre de codons qui ont été remplacés dans E. coli.
La plupart des gènes qui composent le code génétique d'un organisme sont essentiellement des plans de conception pour fabriquer des protéines. Chaque gène est constitué d'un long brin de molécules, appelées nucléotides. Trois de ces nucléotides - un groupe connu sous le nom de codon - indiquent à une cellule quels acides aminés elle doit utiliser lors de la construction d'une protéine.
Les cellules peuvent utiliser 22 acides aminés naturels comme éléments constitutifs pour fabriquer des protéines, mais les chimistes ont synthétisé plus d'une centaine d'acides aminés dits non naturels en laboratoire en utilisant les outils de la chimie et non de la biologie. Les organismes naturels ne peuvent pas fabriquer ou construire avec ces produits chimiques. Les organismes qui pourraient construire des protéines à l'aide de ces acides aminés ouvriraient de nouvelles possibilités, en particulier dans le développement de médicaments. Mais les cellules normales n'ont pas le code génétique nécessaire pour travailler avec ces acides aminés non naturels.
Une équipe à Harvard, dirigée par Église Saint-Georges , a développé un outil d'édition de gènes qui pourrait changer cela. Pour rendre les microbes capables de construire des protéines qui incorporent des acides aminés non naturels, les chercheurs doivent être capables à la fois de modifier tous certains codons du génome et de manipuler la machinerie cellulaire qui lit ces codons. Le nouvel outil leur permet de faire la première partie.
Church dit qu'il espère atteindre trois objectifs avec cette approche. Premièrement, il veut créer des bactéries capables de produire de nouveaux médicaments et d'autres produits chimiques. Deuxièmement, il veut concevoir génétiquement des bactéries qui ne peuvent pas vivre en dehors du laboratoire car elles ont besoin d'acides aminés non naturels pour survivre, un exploit qui pourrait empêcher les dommages environnementaux qui pourraient résulter de la libération de telles bactéries dans le monde. Et troisièmement, il veut fabriquer des bactéries immunisées contre les virus, car les virus peuvent causer des problèmes dans la production industrielle. La façon d'accomplir toutes ces choses est de changer le [sens du] code génétique de votre organisme préféré, dit Church.
Jeudi, dans le journal La science , le groupe de Church a décrit comment il a supprimé les 314 instances d'un codon particulier dans le génome du vivant E. coli et les a remplacés par un autre codon. Les travaux ont été co-dirigés par Farren Isaacs , maintenant professeur adjoint de biologie moléculaire à l'Université de Yale. Le processus consiste à effectuer des modifications génétiques à petite échelle dans de multiples souches de E. coli , puis les combiner.
Les chercheurs du Institut J. Craig Venter ont déjà démontré un différent pour éditer un génome entier. C'est le même groupe qui a fabriqué la première cellule vivante synthétique l'année dernière. Le groupe Venter édite le génome sur un ordinateur, puis synthétise le tout en utilisant une combinaison de machines et de cellules de levure ; après cela, le génome est transplanté dans une cellule receveuse.
La méthode de Church introduit des changements dans les cellules vivantes. Il pense que l'avantage de cette approche est qu'il est possible de corriger les erreurs au fur et à mesure qu'elles se produisent sur la voie de changements plus importants. Church espère que ses derniers travaux convaincront d'autres chercheurs de la valeur de l'ingénierie à l'échelle du génome. Sa méthode et celle développée à l'Institut Venter impliquent l'utilisation de machines synthétiseur d'ADN pour fabriquer de grandes quantités d'ADN que les cellules modifiées peuvent absorber. La synthèse d'ADN est encore coûteuse. Et le temps impliqué dans les deux techniques, bien qu'il soit de plus en plus court, est une autre dépense. Nous devons réduire les coûts et penser à la facilité d'utilisation, dit-il.
Fabriquer des protéines avec des composants non naturels est si utile que les biologistes le font, bien qu'inefficacement, depuis des décennies, dit David Tirrell , professeur de génie chimique à Caltech. Tirrell n'est pas affilié au groupe Harvard.
Deux sociétés, Allozyme, à laquelle Tirrell est associé, et Ambrix, fabriquent toutes deux des médicaments à base de protéines qui incorporent des acides aminés non naturels. Dans les deux cas, ils ont mis au point des bactéries capables de fabriquer des protéines contenant un seul acide aminé non naturel. Fabriquer des organismes capables d'utiliser davantage de ces produits chimiques non naturels pour produire de nouveaux types de molécules ouvrirait de nouvelles frontières pour les médicaments à base de protéines, dit-il. Les protéines contenant des composants non naturels pourraient également être capables de franchir des barrières dans le corps qui ne sont pas facilement franchies aujourd'hui, telles que la barrière hémato-encéphalique. Le groupe de Church entame une collaboration avec Ambrix.