Des chercheurs de Cambridge ont repensé le code génétique des microbes pour créer une cellule synthétique dotée de capacités uniques dans la nature, ouvrant la possibilité de nouveaux matériaux pour tout, des plastiques aux antibiotiques.
La connaissance de la manipulation et de la modification de l’ADN au cœur de tous les processus génétiques est établie, mais jusqu’à présent, il n’a pas été possible de modifier le code vieux de 3 milliards d’années par lequel l’ADN demande aux cellules de former les chaînes d’acides aminés qui constituent les molécules actives de la vie.
« C’est potentiellement une révolution en biologie », a déclaré Jason Chin, chef de projet au Laboratoire de biologie moléculaire du MRC.
«Ces bactéries peuvent être transformées en usines renouvelables et programmables qui produisent une large gamme de nouvelles molécules aux propriétés nouvelles, qui pourraient avoir des avantages pour la biotechnologie et la médecine, notamment la fabrication de nouveaux médicaments tels que les antibiotiques.»
La recherche historique, publiée dans la revue Science, s’appuie sur la percée de l’équipe en 2019 qui a créé une version du commun E. coli microbe intestinal avec tout son ADN – connu sous le nom de génome – entièrement construit à partir de produits chimiques de laboratoire.
Les scientifiques ont maintenant réécrit le code génétique de la nouvelle bactérie Syn61 qui a modifié non seulement l’ADN mais aussi la machinerie cellulaire associée qui transforme les gènes en produits biochimiques. Cela a créé un nouvel organisme qui se développe comme E. coli mais avec des propriétés supplémentaires.
La clé du processus réside dans des groupes de trois « lettres » biochimiques – A, T, C et G – au sein de l’ADN. Chacun de ces « codons » indique à la cellule d’ajouter un acide aminé spécifique à la chaîne protéique en croissance. Depuis l’aube de la vie sur Terre, toutes les créatures ont stocké des informations génétiques de cette manière.
Jason Chin a proposé une gamme d’applications pour la technologie comprenant de nouveaux médicaments et des plastiques biodégradables © MRC-LMB
Parce qu’il y a 64 codons possibles et seulement 20 acides aminés naturels, le code génétique a beaucoup de redondance. Les scientifiques de Cambridge ont exploité cela en réutilisant certains codons pour produire différents blocs de construction qui n’existent pas dans la nature tout en permettant à la cellule de fabriquer toutes les protéines nécessaires à la vie.
Une analogie serait de voir le code génétique de la nature comme un clavier d’ordinateur de langue anglaise sur lequel certaines lettres apparaissent plus d’une fois. L’équipe de Cambridge a en effet converti un duplicata A en la lettre grecque alpha, un surplus B en bêta et ainsi de suite, permettant de taper aussi bien en grec qu’en anglais.
Les expériences montrent que les cellules bactériennes modifiées peuvent enchaîner des monomères exotiques – des blocs de construction moléculaires – en de nouvelles protéines et d’autres grosses molécules connues sous le nom de polymères.
“Nous aimerions utiliser ces bactéries pour découvrir et construire de longs polymères synthétiques qui se replient en structures et peuvent former de nouvelles classes de matériaux”, a proposé Chin, ajoutant qu’une autre application serait de nouveaux polymères tels que les plastiques biodégradables.
Delilah Jewel et Abhishek Chatterjee du Boston College, deux scientifiques de premier plan non impliqués dans la recherche à Cambridge, ont déclaré que la technologie utilisant des “blocs de construction non naturels” ouvrirait d’innombrables nouvelles applications, “du développement de nouvelles classes de produits biothérapeutiques aux biomatériaux dotés de propriétés innovantes. “
Un aspect de la technologie est que les bactéries synthétiques sont imperméables à l’infection par des virus, qui nécessitent des processus génétiques naturels pour se répliquer dans les cellules hôtes.
“Si un virus pénètre dans les cuves de bactéries utilisées pour fabriquer certains médicaments, il peut détruire l’ensemble du lot”, a expliqué Chin. “Nos cellules bactériennes modifiées pourraient surmonter ce problème en étant complètement résistantes aux virus.”
Chin a souligné “beaucoup de potentiel commercial” pour le processus d’ingénierie microbienne, ajoutant que des pourparlers pour protéger la propriété intellectuelle avaient eu lieu.
