C’est le plus grand génome jamais reconstitué : des chercheurs ont réussi à fabriquer en laboratoire les quatre millions de paires de bases de la bactérie Escherichia coli, et même à le « compresser ». Or un génome plus simple, c’est autant de place libérée pour intégrer de nouvelles fonctionnalités.

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Un travail de titantitan : les chercheurs de l'université de Cambridge, dont l'étude est parue dans la revue Nature le 15 mai, ont réussi à remplacer intégralement les gènesgènes « naturels » de la bactériebactérie Escherichia coli avec une version artificielle recréée chimiquement, soit quatre millions de paires de bases. C'est quatre fois plus que le premier génome artificiel créé en 2010 par des chercheurs du John Craig Venter Institute. Et alors qu'il avait fallu 15 ans à ces derniers pour y parvenir, l'équipe dirigée par JasonJason Chin à Cambridge a mis moins de deux ans à obtenir ces quatre millions de paires. Non seulement la bactérie E. coli est donc dotée d'ADNADN synthétique et parfaitement fonctionnelle, mais son génomegénome a été « compressé » en éliminant des codonscodons inutiles. Le nouvel organisme baptisé Syn61 possède ainsi 61 codons au lieu de 64.

Le saviez-vous ?

Les protéines nécessaires au fonctionnement de l’organisme sont constituées d’acides aminés, eux-mêmes composés de codons, une séquence de trois nucléotides sur l’ARN messager. Le codon CUU va par exemple générer l’isoleucine, un acide aminé impliqué dans la synthèse de glucose. Comme il n’existe que 20 acides aminés différents, on pourrait penser qu’il suffit de 20 codons pour le produire. Hélas, le code génétique est plein de redondances pour des raisons encore assez inconnues. La sérine par exemple est codée par six codons différents. Au total, il existe 61 codons, plus les trois codons Stop indiquant à l’ARN où arrêter et commencer l’acide aminé, soit 64 codons sur lesquels repose entièrement la vie.

Pour créer cette version simplifiée du génome d'E. coli, l'équipe de Jason Chin a entrepris de réduire ses redondances. Les chercheurs ont rentré la totalité de l'ADN de la bactérie dans un ordinateurordinateur et l'ont traité un peu comme un fichier texte, effectuant une fonction de recherche et de remplacement à plus de 18.000 endroits, comme l'explique Jason Chin au New York Times. Le nouveau génome ne requiert ainsi que quatre codons pour la sérinesérine, et n'utilise que deux codons Stop au lieu de trois.

La bactérie <i>Escherichia coli </i>simplifiée possède 61 codons au lieu de 64. © NHGRI
La bactérie Escherichia coli simplifiée possède 61 codons au lieu de 64. © NHGRI

Un travail de fourmi pour remplacer le génome morceau par morceau

Restait à introduire ce nouveau génome dans la bactérie. Un génome bien trop gros et trop complexe pour être substitué en une seule fois sans la tuer (imaginez qu'on vous remplace tous les organes du corps d'un seul coup !). C'est donc un véritable travail de fourmifourmi auquel se sont attelés les chercheurs, échangeant morceau par morceau chaque petit segment d'ADN dans la bactérie jusqu'à ce qu'il ne reste plus aucun gène « naturel ». Au final, Syn61 semble grandir plus lentement que son homologue à 64 codons et ses cellules sont plus allongées, en forme de bâtonnetsbâtonnets. Mais il est bien fonctionnel et vivant.

Des organismes aux fonctions inédites ou décuplées

Mais quel intérêt de produire un génome artificiel affreusement cher alors que la biologie se charge « gratuitement » de la reproduction ? C'est qu'inventer des acides aminésacides aminés n'existant pas dans la nature permet de doter les protéinesprotéines de fonctions inédites ou de démultiplier leur activité. Des protéines synthétiques qui seraient, par exemple, capables d'empêcher un virusvirus de pénétrer dans la cellule ou de résister à la digestiondigestion par une enzymeenzyme. On pourrait également introduire des acides aminés artificiels dans des plantes pour les empêcher de se reproduire avec leurs voisines et prévenir la dissémination génétiquegénétique.

D'autre part, simplifier le génome des organismes libère des codons qui pourront être affectés à d'autres tâches, comme produire des polymèrespolymères ou des médicaments, explique Jason Chin. Mais pour l'instant, les chercheurs se sont contentés de remplacer des gènes existants. Comment des protéines inconnues viendraient-elles s'insérer au milieu des autres sans faire dérailler la synthèse ADN ? Et jusqu'où peut-on aller dans la simplification sans affecter des fonctions vitales ? On est encore bien loin de pouvoir créer le mouton à cinq pattes.