En étendant le code génétique créent une vie semi-synthétique
Les chercheurs de l'Institut de recherche The Scripps ont introduit un troisième couple de nucléotides dans un fragment d'ADN, partie semi-artificielle de l'ADN qui a été reproduit normalement dans les bactéries Escherichia coli. Les résultats de l'étude, publiés aujourd'hui dans la revue Nature, ont été considérés comme une réalisation importante de la biologie synthétique.
Des chercheurs californiens ont utilisé la paire non naturelle de nucléotides dNaM:d5SICS pour diffuser le code génétique de la bactérie E. coli. Le premier défi était d'introduire cette paire de bases dans l'ADN, dans ce cas dans un plasmide, dans un morceau circulaire d'ADN. Par la suite, on a mesuré la réponse des bactéries E. coli au plasmide semi-synthétique, intégré dans les bactéries E. coli, et leur présence dans un milieu riche en quelques bases non naturelles.
Le résultat était optimal : le mécanisme de réplication bactérienne a fonctionné normalement et n'a pas exclu des nucléotides non naturels du processus de duplication. Les bactéries ont employé les paires nucléotides de milieu pour reproduire le plasmide semi-synthétique comme la cellule se développe et est dupliquée. En définitive, les bactéries ont fait siennes les nucléotides non naturels, les lettres qui ne sont pas trouvées dans le code ADN.
Auparavant, seules les expériences in vitro ont permis l'incorporation de nucléotides non naturels au code génétique, ce qui a entraîné une avancée significative pour de nombreux chercheurs. Selon le génétique de l'UPV-EHU José Antonio Rodríguez, « le fait montre que les molécules d'ADN avec une paire synthétique de bases peuvent se replier et se maintenir dans une bactérie ». « Les auteurs ont pu incorporer quelque chose de complètement nouveau dans un système biologique qui a été ajusté pendant des millions d’années. Du point de vue de la science fondamentale, je pense que c’est la plus grande contribution du résultat», a-t-il ajouté.
La recherche a également des implications pratiques et peut conduire à de nouveaux domaines d'application. Les chercheurs de systèmes de l’Université du Texas et de biologie synthétique, Ross Thyer et Jared Ellefson, ont écrit dans la revue Nature “La prochaine étape sera d’obtenir une adhésion à long terme”. « Une fois qu’un organisme a accepté les paires de bases non naturelles et pas seulement les supporter, la prochaine étape décisive sera de démontrer que [ces paires de bases] peuvent être transférées à l’ARN in vivo », ajoute-t-il.
Selon Thyer et Ellefson, cela ouvrirait une infinité de possibilités dans le domaine de l'ingénierie génétique, comme par exemple le codage à la carte des acides aminés non standard. Rodríguez est également «anxieux» de savoir si les bactéries pourraient utiliser ces bases non naturelles dans le processus d’expression génique, dans la transcription et dans la traduction, parce que «si tel était le cas, le code génétique s’étendrait notablement et avec ce code étendu, il serait en principe possible de créer des protéines synthétiques formées d’acides aminés artificiels avec de nouvelles caractéristiques et capacités». En fait, passer d'un code à quatre bases à un code à six permettrait d'utiliser 172 protéines au lieu de 20 acides aminés.
Thyer et Ellefson vont plus loin: “Pourquoi restreindre l'ADN avec six lettres?” demandent, “si la technique d'intégration de la paire dNaM:d5SICS dans E. coli sert aussi pour d'autres paires de bases, le code de l'ADN pourrait être étendu beaucoup plus de trois paires de bases”. Mais cela amène les deux chercheurs à des questions de base: si les possibilités d'un code étendu sont si grandes, pourquoi la vie repose uniquement sur deux paires de bases?Les organismes semi-synthétiques capables de stocker plus d'informations auront-ils des capacités plus élevées ou le coût d'un tel code sera insoutenable?
José Antonio Rodríguez, de l'UPV-EHU, estime que les implications économiques des applications possibles d'un vaste code génétique doivent également être prises en compte. « Les découvertes basées sur l’ADN naturel sont difficiles à breveter, avertit-il, alors que les molécules d’ADN avec paires synthétiques de base seraient totalement artificielles et donc plus faciles à breveter. »
Complément (par hémérothèque):
La vie artificielle et ses conséquences. Álvaro Moreno, Département de Logique et Philosophie de la Science. Groupe de Philosophie de la Biologie, IAS Research. UPV/EHU
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