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Une machine qui accélère l'évolution
Plutôt que de changer le génome lettre par lettre, comme la plupart des manipulations génétiques se font, Église Saint-Georges et ses collègues ont développé une nouvelle technologie qui peut apporter 50 modifications à un génome bactérien presque simultanément – une avancée qui pourrait être utilisée pour accélérer considérablement la création de bactéries qui sont mieux à même de produire des médicaments, des nutriments ou des biocarburants.
De meilleurs bugs : À l'aide d'une machine spécialement conçue (montrée ici), les scientifiques peuvent rapidement mettre au point jusqu'à 50 modifications génétiques chez les bactéries, accélérant considérablement la quête pour concevoir des usines bactériennes capables de produire efficacement des médicaments, des biocarburants et d'autres produits chimiques.
Ce qui prenait autrefois des mois prend maintenant des jours, déclare Stephen del Cardayré, vice-président de la recherche et du développement chez LS9, une entreprise de biocarburants basée dans le sud de San Francisco dont Church est l'un des fondateurs. LS9 prévoit bientôt d'utiliser la technologie, appelée génie génomique automatisé multiplex, ou MAGE, pour accélérer le développement de cellules bactériennes capables de produire des carburants et des produits chimiques renouvelables à faible coût.
Dans l'approche traditionnelle par étapes du génie génétique, les scientifiques bricolent gène par gène avec le système métabolique d'une cellule, essayant d'accélérer certaines réactions et d'atténuer d'autres. Mais cette méthode est lente et imprévisible. Le métabolisme d'une cellule se compose de millions de réactions étroitement liées, donc apporter une modification spécifique à un gène impliqué dans une réaction peut ne pas produire le résultat souhaité, ou peut déclencher des effets secondaires nocifs.
Au lieu de cela, Church et ses collaborateurs attaquent le génome à grande échelle. Ils conçoivent de nombreux changements génétiques ciblant les gènes dans tout le génome, puis les implémentent tous en même temps, à la recherche de la souche bactérienne résultante qui peut le mieux produire le produit souhaité. Cela vous permet d'apporter des modifications au génome beaucoup plus rapidement que les processus traditionnels en une étape dont nous disposons, explique Kristala Jones-Prather, ingénieure métabolique au MIT qui n'a pas été directement impliquée dans la recherche.
Dans le cadre de la technologie MAGE, les scientifiques génèrent d'abord 50 brins courts d'ADN, chacun contenant une séquence similaire à un gène ou à une séquence régulatrice de gène dans le génome bactérien cible, mais qui a été mise à jour d'une manière ou d'une autre, en incorporant un changement qui pourrait rendre une enzyme plus efficace, ou augmenter la production d'une protéine particulière.
L'ADN est mélangé dans un flacon de bactéries, qui est ensuite placé dans une machine sur mesure conçue dans le laboratoire de Church. Dans la machine, le mélange est soumis à une routine chorégraphiée avec précision de cycles de température et de produits chimiques qui encouragent les cellules bactériennes à absorber l'ADN étranger, l'échangeant dans leurs génomes à la place de la pièce native à laquelle il ressemble. On pense que les morceaux d'ADN simple brin falsifient la machinerie de réplication de l'ADN de la cellule, se faufilant et comblant une lacune pendant le processus de réplication, explique Church. Chaque génération de bactéries à reproduction rapide absorbe une plus grande partie de l'ADN étranger, produisant finalement une population qui présente tous les changements génétiques souhaités.
Pour tester l'appareil, Church et son équipe ont créé des bactéries capables de produire plus efficacement du lycopène, un antioxydant abondant dans les tomates. Ils ont conçu des brins d'ADN ciblant des gènes connus pour être impliqués dans la production de lycopène, puis ont surveillé plusieurs tubes de bactéries modifiées pour la production du composé rouge vif. En seulement trois jours, ils avaient généré une souche qui pourrait produire cinq fois plus de lycopène, selon les résultats présentés lors d'une conférence à Harvard ce mois-ci. Le meilleur producteur de lycopène présentait 24 modifications génétiques – quatre qui ont achevé de bloquer la production de la protéine du gène et 20 qui ont entraîné des modifications petites ou importantes de l'expression de ce gène.
Church et ses collaborateurs, qui prévoient à terme de fabriquer une version commerciale de l'appareil, travaillent maintenant à la création de différents types de produits chimiques, notamment des biocarburants et des précurseurs de drogues.