Le génome de la bactérie E. coli recréé de toutes pièces par synthèse chimique. © NIAID

Santé

La bactérie E. coli recréée avec un génome entièrement artificiel et compressé

ActualitéClassé sous :génome , synthèse des protéines , ADN artificiel

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.

Un travail de titan : 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 gènes « naturels » de la bactérie 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 Jason 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'ADN synthétique et parfaitement fonctionnelle, mais son génome a été « compressé » en éliminant des codons inutiles. Le nouvel organisme baptisé Syn61 possède ainsi 61 codons au lieu de 64.

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 ordinateur 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 sérine, et n'utilise que deux codons Stop au lieu de trois.

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 fourmi 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 bâtonnets. 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 aminés n'existant pas dans la nature permet de doter les protéines de fonctions inédites ou de démultiplier leur activité. Des protéines synthétiques qui seraient, par exemple, capables d'empêcher un virus de pénétrer dans la cellule ou de résister à la digestion par une enzyme. On pourrait également introduire des acides aminés artificiels dans des plantes pour les empêcher de se reproduire avec leurs voisines et prévenir la dissémination génétique.

D'autre part, simplifier le génome des organismes libère des codons qui pourront être affectés à d'autres tâches, comme produire des polymères 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.

  • Les quatre millions de paires de bases de la bactérie E. coli ont été synthétisées chimiquement pour remplacer le génome « naturel ».
  • Les chercheurs ont également supprimé des codons redondants pour simplifier le génome.
  • Ces travaux ouvrent la voie à la synthèse d’organismes dotés de fonctions particulières, notamment pour fabriquer des molécules d’intérêt chimique ou des médicaments.
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