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Synthétiser un génome à partir de zéro
Dans un tour de force technique, les scientifiques du Institut J. Craig Venter , à Rockville, MD, ont synthétisé le génome de la bactérie Mycoplasme génital entièrement à partir de zéro. L'exploit est un tremplin dans la création de machines microbiennes conçues avec précision, capables de générer des biocarburants et d'exécuter d'autres fonctions utiles.
Génomes synthétiques : On voit ici un morceau circulaire d'ADN synthétisé à partir de zéro, le premier génome bactérien à être créé de cette façon.
Il est vraiment révolutionnaire de pouvoir construire synthétiquement un génome pour une bactérie, dit Chris Voigt , un biologiste synthétique de l'Université de Californie à San Francisco, qui n'était pas impliqué dans le projet. C'est plus important par ordre de grandeur que ce qui a été fait auparavant.
Les biologistes qui créent des organismes génétiquement modifiés commandent désormais régulièrement des morceaux d'ADN de 10 000 à 20 000 paires de bases, suffisamment gros pour incorporer les gènes d'une seule voie métabolique. Cela permet aux chercheurs de concevoir des microbes capables d'effectuer des tâches spécifiques, mais la capacité de synthétiser des génomes entiers pourrait accorder un tout nouveau niveau de contrôle sur la conception biologique. (Voir Tumor-KillingBacteria .)
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont commandé 101 fragments d'ADN, englobant l'ensemble Mycoplasme génome, de sociétés commerciales de synthèse d'ADN. Ces fragments ont été conçus de manière à ce que chacun chevauche légèrement sa séquence voisine ; ces tronçons qui se chevauchent se collent les uns aux autres, grâce aux propriétés chimiques de l'ADN. Les chercheurs ont ensuite lié les fragments pièce par pièce, générant finalement la totalité de 582 970 paires de bases Mycoplasme séquence. Les résultats ont été publiés jeudi dans le édition en ligne de La science .
Nous considérons qu'il s'agit d'une deuxième étape importante dans un processus en trois étapes de notre tentative de créer le premier organisme synthétique, déclare Craig Venter, président du Venter Institute. Venter et ses collègues veulent finalement créer un génome minimal, un avec le moins de gènes nécessaires pour maintenir la vie. La localisation du génome minimal permettra à la fois de faire la lumière sur les processus cellulaires clés et de fournir une base pour la conception d'organismes synthétiques sophistiqués. Nous voulons finalement concevoir des cellules qui pourraient fonctionner de manière robuste pour fabriquer des biocarburants uniques, explique Venter.
La prochaine étape des chercheurs sera de montrer que le génome synthétique fonctionne comme il se doit. Nous avons tout le génome assemblé dans un tube, mais nous devons le transplanter dans la cellule d'une espèce différente pour montrer qu'il peut redémarrer la cellule, explique Hamilton Smith, lauréat du prix Nobel qui a supervisé le projet à l'Institut Venter. L'année dernière, le groupe de Smith a transplanté le génome d'une espèce de Mycoplasme dans un autre, démontrant que ce type de greffe est possible. (Voir Transplanter un génome .)
Bien que la synthèse d'un génome puisse être impressionnante d'un point de vue scientifique, ce n'est pas encore un moyen pratique de concevoir des microbes pour fabriquer des biocarburants. Au lieu de cela, plusieurs entreprises, dont Génomique synthétique , une société de biotechnologie fondée par Venter pour concevoir des microbes pour l'énergie, utilise des techniques d'ingénierie métabolique plus traditionnelles pour générer des bactéries productrices de carburant. (Voir Construire de meilleurs biocarburants.) Ce que nous faisons avec des chromosomes synthétiques sera le processus de conception pour l'avenir, dit Venter.
D'autres dans le domaine sont enthousiasmés par cette perspective. Être capable de synthétiser des génomes ouvre un nouveau monde, dit Voigt. Vous pouvez construire des choses à l'échelle du génome. Par exemple, dit-il, les scientifiques fabriquent maintenant des bactéries pour effectuer différentes étapes de la conversion de la biomasse en éthanol - une souche pour décomposer la biomasse, une autre pour fabriquer de l'éthanol. Mais idéalement, les scientifiques pourraient assembler ces processus pour créer un organisme capable de manger de la biomasse et de cracher du carburant. (Voir le Prix de Biocarburants .) Cela nécessiterait une conception à l'échelle du génome, dit Voigt.
Il compare le projet actuel, qui nécessitait plusieurs étapes pour coller les fragments ensemble, aux derniers ordinateurs conçus avant l'introduction des techniques de fabrication automatisée et de microfabrication. Des avancées similaires sont nécessaires pour des projets de synthèse du génome plus ambitieux. Nous devons encore développer des méthodes de construction du génome «en une étape» afin de réduire les coûts et le temps d'exécution de la construction du génome, explique Drew Endy, biologiste synthétique au MIT.