La levure est une forme de vie intéressante pour les chercheurs car elle possède un génome eucaryote dans sa forme la plus simple. Le démêler ouvre la porte au déchiffrement des mécanismes d’organismes plus complexes, dont le corps humain. Aujourd’hui, le consortium mondial qui forme le Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) annonce la création d’une souche contenant plus de 50 % de gènes synthétiques, résultat de la combinaison de sept chromosomes artificiels plus un partiel avec ceux naturels du micro-organisme.
Selon l’ouvrage publié dans les revues Cell, Molecular Cell et Cell Genomics, cette nouvelle souche de levure hybride survit et se reproduit comme si c’était naturel. « Ce qui nous motive, c’est de comprendre les principes de base de la génétique fondamentale en construisant des génomes synthétiques », explique l’un des auteurs des travaux, Patrick Yizhi Cai de l’université de Manchester (Royaume-Uni). « Notre équipe a réécrit le système d’exploitation du la levure de bièrequi inaugure une nouvelle ère du génie biologique.
Les chercheurs ont travaillé avec le génome relativement simple de Saccharomyces cerevisiae, en supprimant des séquences de gènes non codants et ce que l’on appelle « l’ADN indésirable », qui n’est pas si déterminant dans ces micro-organismes fondamentaux. Ils ont ensuite travaillé avec un éditeur génétique appelé « SCRaMbLE » : fidèle à son nom, il leur a permis d’introduire des segments d’ADN synthétique et de stabiliser le génome en réorganisant les gènes sur chaque chromosome. De nombreux gènes codant pour l’ARN de transfert (ARNt) ont été placés dans un nouveau chromosome synthétique créé de toutes pièces.
[Del cáncer a la diabetes: lo que el genoma del primate sabe de las enfermedades que sufrirás]
Le génome de la levure est organisé en seize chromosomes, c’est pourquoi les scientifiques ont assemblé un substitut artificiel pour chacun d’eux. Ils ont ensuite généré 16 souches différentes, chacune possédant quinze chromosomes naturels et un chromosome artificiel. Par hybridation, ils ont croisé ces souches et sélectionné la progéniture ayant acquis les chromosomes synthétiques. Peu à peu, ils parvinrent à consolider une tension qui avait acquis six chromosomes artificiels complets plus la moitié (un des deux bras) d’un autre. Enfin, la technique de remplacement des chromosomes a permis d’introduire le septième créé de toutes pièces.
Le matériel génétique total créé en laboratoire et introduit dans le génome de la nouvelle souche, grâce à l’insertion de chromosomes artificiels et au remplacement de gènes par des gènes naturels, s’élève à plus de 50 %. Dans le résultat final, de petits « bugs » ont été détectés qui n’apparaissaient pas dans les souches parentales, mais les chercheurs ont pu les corriger dans une large mesure en modification génétique basé sur la technologie CRISPR/Cas9. « Nous nous rapprochons de l’objectif : avoir 16 chromosomes artificiels par cellule », déclare Jef Boeke du centre de santé NYU Langone.
« Une tâche quasi artisanale »
« Il existe des bactéries et des virus dotés de génomes synthétiques, mais il s’agit de la première approche du génome synthétique d’une cellule eucaryote. le travail est extraordinaire, je dirais titanesque. On dit vite qu’il s’agit de synthétiser des chromosomes fonctionnels, mais c’est une tâche extraordinairement complexe », déclare Juli Peretó, professeur de biochimie et de biologie moléculaire à l’Université de Valence, dans des déclarations au Science Media Center. « L’une des limites est notre ignorance, les problèmes doivent être résolus au fur et à mesure qu’ils surviennent. C’est presque une tâche artisanal« .
Selon le professeur, les altérations génomiques testées peuvent être utiles pour l’ingénierie future des chromosomes, en mettant en évidence le « néochromosome » qui contient tous les ARN de transfert. « Cela n’existe pas dans la nature, et cela montre que les gènes peuvent être radicalement déplacés sans affecter de manière significative sa fonction », estime-t-il. Cependant, le remplacement complet du génome par la version artificielle sera « beaucoup plus compliqué », car la fonction « d’une fraction significative des gènes de levure » est encore inconnue de la science.
« Il serait important de préciser que Il ne peut pas être considéré comme un exemple de génération de vie synthétique« , précise Jordi García Ojalvo, professeur de biologie des systèmes à l’Université Pompeu Fabra de Barcelone. » Ce qui a été fait, c’est synthétiser une partie importante du génome – un mérite en soi – et l’insérer dans des cellules déjà existantes. Il est important de garder à l’esprit que, jusqu’à présent, nous n’avons pas pu générer des cellules à partir de zéro« .
« Toutes les cellules qui existent sur Terre proviennent une première cellule primitive qui est apparu il y a près de quatre milliards d’années, qui s’est divisé un nombre énorme de fois pour donner naissance à chacune des cellules de tous les organismes qui existent sur la planète », explique García Ojalvo. « Nous pouvons créer des génomes artificiels, mais nous ne pouvons pas encore créer de vie artificiellepuisque l’unité de vie, la cellule, est encore hors de notre portée.
Suivez les sujets qui vous intéressent