Vie artificielle : création de la première cellule contrôlée par un génome synthétique

Création d’une cellule doté d’un génome synthétique

Cela fait 15 ans que le généticien Craig Venter poursuit le rêve de créer un génome de toute pièce et ainsi pouvoir donner naissance à ce qui s’apparenterait à de la vie artificielle.
Les avancées de ce projet sont régulièrement rendues publique par le biais de la prestigieuse revue scientifique Science. Ainsi, apprenait-on en 2008 que son groupe de chercheurs avait réussi à assembler le génome d’une petite bactérie dans une cellule de levure1. L’étape suivante était d’obtenir une cellule fonctionnant entièrement grâce à cet ADN.

Il a donc fallu environ un an et demi pour atteindre cette étape, et cela ne s’est pas fait sans encombre.Pour commencer le génome bactérien que les chercheurs ont assemblé provenait d’une souche bactérienne à croissance très lente, ce qui compliquait la croissance des cellules avec le génome de remplacement. Ils ont donc opter pour une espèce voisine, Mycoplasma capricolum. Il s’est avéré que Mycoplasma capricolum avait un mécanisme de défense contre l’ADN étranger basé sur les enzymes de restriction. Ces enzymes de restriction agissent comme des ciseaux moléculaires qui découpent en petits morceaux tout ADN ne provenant pas de la levure. Les chercheurs ont fini par identifier le gène responsable et l’on supprimer du gnome de la bactérie.

Il y avait aussi des problèmes de contamination émanant du chromosome linéaire de la levure, pour lesquels les chercheurs ont trouvé une astuce. Au lieu d’essayer de séparer des grosses molécules d’ADN sur un gel, ils ont formé un gel autour de l’ADN. Les fibres du gel se sont prolongés jusqu’à piéger le chromosome circulaire de la bactérie de façon à ce que lorsqu’un courant fut appliqué, les chromosomes de la levure ont été expulsés hors du gel laissant un l’ADN de la bactérie purifié dans le gel.

Le dernier problème rencontré par les chercheurs a été une erreur d’assemblage : leur chromosome artificiel long d’un million de bases contenait une délétion (une base manquante) sur un gène essentiel appelé dnaA. En transferrant des bouts de chromosomes de plus en plus petits ils ont réussi à isoler la région du chromosome qui posai problème jusqu’à identifier et corriger l’erreur. Avec cette erreur réparée, les chercheurs ont finalement réussi à introduire le génome de la bactérie dans la cellule hôte en lieu et place du génome d’origine.

Il s’agit ici, en fin de compte, d’une étape supplémentaire dans la création d’une bactérie avec un génome sur mesure fait de gènes spécifiquement choisis pour reprogrammer la bactérie afin qu’elle produise une biomolécule spécifique, digère des toxines ou quelque chose de cet ordre. Nous n’en sommes pas encore là. Les obstacles rencontrés pour arriver jusqu’à ici montre que l’approche du génome synthétique ne sera pas un chemin rapide et facile vers l’obtention d’organismes taillés sur mesure.

Des scientifiques ont produit la première cellule doté d’un génome synthétique. Ils espèrent maintenant que cette méthode leur permettra de mieux comprendre les coulisses du fonctionnement de la vie et fabriquer des bactéries adaptées pour produire du carburant ou, par exemple, éliminer des déchets toxiques.

Les chercheurs avaient déjà synthétisé un génome bactérien et transplanté le génome d’une bactérie dans une autre. Ici, Daniel Gibson et ses collègues ont réuni les deux techniques pour créer ce qu’ils appellent une « cellule synthétique », bien que cela ne soit le cas que de son génome. Le génome qu’ils ont synthétisé était la copie d’un génome existant mais qui incluait des séquences d’ADN supplémentaires pour l’en distinguer.

Les scientifiques aimeraient à l’avenir concevoir des génomes plus originaux qui conféreraient aux bactéries la capacité d’aider à résoudre des problèmes énergétiques, environnementaux ou d’une autre nature. L’équipe a d’abord synthétisé le génome de Mycoplasma mycoides puis l’a transplanté dans Mycoplasma capricolum. Le nouveau génome a permis de faire « démarrer » la cellule receveuse. Bien que quatorze gènes aient été éliminés ou rompus dans la bactérie receveuse, celle-ci ressemblait à une bactérie M. mycoides et ne produisait que ses protéines indiquent les auteurs de l’étude. Et ils ajoutent :

« Si les techniques décrites ici peuvent être généralisées, la conception, la synthèse, l’assemblage et la transplantation de chromosomes synthétiques ne seront plus des obstacles aux progrès de la biologie synthétique. »

Notes et références

  1. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Daniel G. Gibson, Gwynedd A. Benders, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Holly Baden-Tillson, Jayshree Zaveri, Timothy B. Stockwell, Anushka Brownley, David W. Thomas, Mikkel A. Algire, Chuck Merryman, Lei Young, Vladimir N. Noskov, John I. Glass, J. Craig Venter, Clyde A. Hutchison, III, Hamilton O. Smith. Science. []

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