Un supermicrobe qui sera résistant à tous les virus connus
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Des chercheurs sont en passe de recoder le génome de la bactérie E. coli pour qu’elle fonctionne avec un code génétique différent de tous les organismes sur Terre. Les implications sont immenses et elles prouvent que cela va bien plus loin que la modification génétique.
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Le projet n’est pas encore terminé, mais lorsque ce sera le cas, il deviendra le plus grand exploit de la modification génétique. Une équipe aux États-Unis est en train de recoder la bactérie E.Coli pour qu’elle fonctionne avec un code génétique différent de tous les organismes sur Terre. Cela implique plus de 62 000 changements dans son génome.
Nous parions sur des projets qui semblent impossibles pour d’autres groupes selon George Church, le responsable de l’équipe à la Harvard Medical School. La bactérie E.Coli recodée aura toutes sortes d’applications industrielles. Ainsi, ce microbe pourra résister à tous les virus, il sera incapable d’échanger les gènes avec d’autres organismes et il pourra produire des protéines qu’on ne trouve pas dans la nature.
Les briques élémentaires
Les protéines normales ont 20 acides aminés naturels dans leurs briques élémentaires. Le nouveau E.Coli va fabriquer des protéines qui auront 4 acides aminés artificiels supplémentaires. Cela va défier la créativité de la communauté scientifique selon Marc Lajoie, membre de l’équipe à l’université de Seattle.
La création d’un organisme résistant à des virus possède d’énormes avantages. Mais ce microbe E.Coli recodé ne sera pas capable de se développer à moins qu’on l’alimente avec l’un des acides aminés artificiels pour qu’il ne se propage pas dans la nature. Le confinement biologique est notre priorité selon les chercheurs.
Comme un objectif sur le long terme, Church veut créer des cellules souches humaines et animales qui soient résistantes à tous les virus. On pourrait utiliser ces cellules pour produire des vaccins et pour les greffes. Il est très difficile de faire en sorte que les gens résistent aux virus, au cancer ou à la vieillesse selon Church, mais on peut créer des tissus et des organes pour des greffes avec ces propriétés.
Les microbes génétiquement modifiés sont largement utilisés dans l’industrie. À la base, on effectuait de simples changements. Dans les années 1970, un gène humain a été ajouté à la bactérie E.Coli pour qu’il puisse distiller de l’insuline pour les diabétiques. Aujourd’hui, les brasseurs ajoutent ou modifient des dizaines de gènes pour créer des micro-organismes qui peuvent créer toutes sortes de choses allant du safran jusqu’au parfum de la vanille en passant par des substances antipaludiques et l’opium.
Le problème du brassage
Mais l’inquiétude est que les microbes modifiés s’échappent des laboratoires ou des usines et qu’ils échangent leurs gènes avec des microbes sauvages. Imaginez, par exemple, qu’un microbe qui fabrique de l’opium commence à coloniser les intestins des personnes. Cela donnerait une situation problématique. Les virus peuvent aussi ruiner des ensembles de microbes en développement s’ils infectent la cuve. Les entreprises n’aiment pas en parler selon Church.
En théorie, le changement du code génétique pourrait résoudre ces problèmes. Dans une codification de gène pour une protéine, chaque séquence des 3 lettres d’ADN, appelés triplet codon va spécifier le type d’acide aminé qui doit être ajouté à la prochaine chaine ou dire à la machinerie de fabrication de protéines de s’arrêter quand une protéine est complète.
On a 4 lettres d’ADN (A, T, G et C) et donc, on a 64 différents de triplet codon (AAA, AAT, etc.). Mais comme on a seulement 20 acides aminés, alors on a beaucoup de redondance. Par exemple, les codons TAG, TAA et TGA indiquent un arrêt. Si chaque TAG dans le génome est modifié pour devenir un TAA ou TGA, alors cela ne modifierait pas les recettes de la protéine. Et cela libère aussi le codon TAG qu’on pourra utiliser pour spécifier un acide aminé artificiel. Church a déjà fait partie d’un groupe qui a déjà réussi cette modification. En 2013, ils ont terminé la modification d’un génome d’une souche d’E.Coli pour remplacer chacune des 314 instances de TAG.
L’année dernière, les biologistes ont montré que le TAG libéré pouvait servir à fabriquer l’un des acides aminés artificiels. De plus, ils ont modifié les gènes pour que les protéines essentielles fonctionnent uniquement si les acides aminés étaient intégrés à certains points. Cela signifie que ces souches d’E.Coli peuvent uniquement se développer si leur milieu de culture contient les acides aminés artificiels. En d’autres termes, ces bactéries ne peuvent pas s’échapper des laboratoires et des usines.
Pièce par pièce
Désormais, l’équipe de Church a révélé leur progrès pour un projet plus ambitieux. Le changement de 7 codons dans la bactérie E.Coli. Mais étant donné que cela nécessite plus de 62 000 changements dans l’ADN, on ne peut pas utiliser la modification génétique. Au lieu, l’équipe a créé le génome dans un ordinateur et elle a synthétisé l’ADN dans des parties courtes d’une longueur de 2 000 lettres d’ADN.
Ces segments courts ont été collés ensemble pour créer 87 segments d’une longueur de 50 000 lettres d’ADN. L’étape finale est de les réunir pour créer un génome entier d’E.Coli d’une longueur de 4 millions de lettres d’ADN. Mais avant de le faire, Church et son équipe doivent vérifier si tous les gènes fonctionnent en insérant ces segments dans une bactérie vivante et en supprimant la séquence équivalente.
Comme prévu, le changement des codons provoque parfois des effets mortels. Par exemple, un changement sur un gène essentiel a modifié la liaison d’une protéine qui contrôle l’activité du gène. Mais jusqu’à présent, on a seulement trouvé 13 erreurs fatales sur les 2200 qui ont été contrôlés et les chercheurs ont corrigé toutes les erreurs. Mais quand est-ce que le génome complet sera fini ? L’équipe propose un râteau de temps allant de 4 mois à 4 années selon Church. Mais des problèmes imprévus pourraient ralentir le processus. S’ils réussissent, l’équipe de Church ne sera pas la première à créer une bactérie dont le génome a été synthétisé à partir de zéro. Cet honneur revient à une équipe du J. Craig Venter Institute en Californie.
Un génome minimal
Mais l’équipe de Venter a créé un microbe au rabais avec un génome minimal. La modification d’un code génétique proposé par l’équipe de Church est beaucoup plus difficile. Même si on a modifié 7 codons, les particularités du code génétique signifient que seuls 4 doivent être utilisé pour spécifier des acides aminés. Cette bactérie E.Coli recodée sera librement disponible aux autres chercheurs et les entreprises pourront obtenir une licence sur une base non exclusive selon Church.
Et de nombreux secteurs attendent la réalisation de cette prouesse, car le changement de 7 codons va rendre cette bactérie complètement résistante à tous les virus. Les virus ne peuvent pas fabriquer leur propre protéine, mais ils détournent la machinerie des cellules qu’ils infectent. Une bactérie E.Coli va commencer à produire des protéines virales si elle est infectée, mais il y aura tellement d’erreurs dans ces protéines que le virus ne pourra pas se reproduire. Le fait d’intégrer cette résistance aux animaux est un défi bien plus ambitieux. Le génome humain possède une longueur de 6 milliards de lettres comparée aux 4 millions d’E.Coli. Mais un groupe de biologistes incluant Church tente de lever 100 millions de dollars pour synthétiser le génome humain à partir de zéro.
Source : Revue Science (Papier complet via Sci-Hub)
