Le premier génome informatique pourrait conduire à des formes de vie synthétiques

Toutes les séquences d'ADN des formes de vie étudiées par les scientifiques sont stockées dans une base de données appartenant au National Center for Biotechnology Information des États-Unis. Et le 1er avril, une nouvelle entrée est apparue dans la base de données : « Caulobacter ethensis-2.0 ». Il s'agit du premier génome synthétique d'un organisme vivant entièrement modélisé par ordinateur puis synthétisé au monde, développé par des scientifiques de l'ETH Zurich (ETH Zurich). Cependant, il convient de souligner que bien que le génome de C. ethensis-2.0 ait été obtenu avec succès sous la forme d’une grosse molécule d’ADN, il n’existe pas encore d’organisme vivant correspondant.

Les travaux de recherche ont été menés par Beat Christen, professeur de biologie des systèmes expérimentaux, et son frère Matthias Christen, chimiste. Le nouveau génome, appelé Caulobacter ethensis-2.0, a été créé en purifiant et en optimisant le code naturel de la bactérie Caulobacter crescentus, une bactérie inoffensive qui vit dans les eaux douces du monde entier.  

Il y a plus de dix ans, une équipe dirigée par le généticien Craig Venter a créé la première bactérie « synthétique ». Au cours de leurs travaux, les scientifiques ont synthétisé une copie du génome de Mycoplasma mycoides, puis l'ont implantée dans une cellule porteuse, qui s'est alors révélée pleinement viable et a conservé la capacité de se reproduire.

La nouvelle étude poursuit le travail de Kreiger. Si auparavant les scientifiques créaient un modèle numérique de l'ADN d'un organisme réel et synthétisaient une molécule basée sur celui-ci, le nouveau projet va plus loin en utilisant le code ADN original. Les scientifiques l’ont largement retravaillé avant de le synthétiser et de tester ses fonctionnalités.

Les chercheurs ont commencé avec le génome original de C. crescentus, qui contient 4000 680 gènes. Comme pour tout organisme vivant, la plupart de ces gènes ne contiennent aucune information et sont de l’« ADN indésirable ». Après analyse, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que seulement XNUMX d’entre eux environ sont nécessaires au maintien de la vie des bactéries en laboratoire.

Après avoir retiré l’ADN indésirable et obtenu un génome minimal de C. crescentus, l’équipe a poursuivi son travail. L'ADN des organismes vivants se caractérise par la présence d'une redondance intégrée, qui consiste dans le fait que la synthèse de la même protéine est codée par différents gènes dans plusieurs sections de la chaîne. Les chercheurs ont remplacé plus d’un sixième des 1 6 lettres d’ADN dans le cadre d’une optimisation visant à supprimer les codes en double.

"Grâce à notre algorithme, nous avons complètement réécrit le génome en une nouvelle séquence de lettres d'ADN qui n'est plus similaire à l'originale", explique Beat Christen, co-auteur principal de l'étude. "Dans le même temps, la fonction biologique au niveau de la synthèse des protéines est restée inchangée."

Pour tester si la chaîne résultante fonctionnerait correctement dans une cellule vivante, les chercheurs ont cultivé une souche de bactérie possédant à la fois le génome naturel de Caulobacter et des segments du génome artificiel dans son ADN. Les scientifiques ont désactivé certains gènes naturels et testé la capacité de leurs homologues artificiels à remplir le même rôle biologique. Le résultat a été assez impressionnant : environ 580 des 680 gènes artificiels se sont révélés fonctionnels.

« Grâce aux connaissances acquises, nous pourrons améliorer notre algorithme et développer une nouvelle version du génome 3.0 », explique Kristen. « Nous pensons que dans un avenir proche, nous créerons des cellules bactériennes vivantes dotées d’un génome entièrement synthétique. »

Dans un premier temps, de telles études aideront les généticiens à vérifier l'exactitude de leurs connaissances dans le domaine de la compréhension de l'ADN et du rôle des gènes individuels, car toute erreur dans la synthèse de la chaîne conduira au fait que l'organisme avec le le nouveau génome mourra ou sera défectueux. À l’avenir, ils conduiront à l’émergence de micro-organismes synthétiques créés pour des tâches prédéterminées. Les virus artificiels seront capables de combattre leurs parents naturels et des bactéries spéciales produiront des vitamines ou des médicaments.

L'étude a été publiée dans la revue PNAS.

Source: 3dnews.ru