Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la North Carolina State University caractérisent une gamme d’outils moléculaires pour réécrire – pas seulement éditer – de gros morceaux d’ADN d’un organisme, basés sur des systèmes CRISPR-Cas associés à des « auto-stoppeurs » génétiques égoïstes appelés transposons.
Les chercheurs étudient divers systèmes CRISPR-Cas de type IF et les conçoivent pour ajouter une cargaison génétique – jusqu’à 10 000 lettres de code génétique supplémentaires – à la cargaison du transposon pour apporter les modifications souhaitées à une bactérie – dans ce cas, E. coli. Le papier apparaît dans Recherche sur les acides nucléiques.
Les résultats élargissent la boîte à outils CRISPR et pourraient avoir des implications significatives dans la manipulation des bactéries et d’autres organismes à un moment où le besoin d’édition flexible du génome dans la thérapeutique, la biotechnologie et une agriculture plus durable et efficace est nécessaire.
Les bactéries utilisent CRISPR-Cas comme système immunitaire adaptatif pour résister aux attaques d’ennemis comme les virus. Ces systèmes ont été adaptés par des scientifiques pour supprimer ou couper et remplacer des séquences de code génétique spécifiques dans une variété d’organismes. La nouvelle découverte montre que des quantités exponentiellement plus importantes de code génétique peuvent être déplacées ou ajoutées, augmentant potentiellement la fonctionnalité de CRISPR.
« Dans la nature, les transposons ont coopté les systèmes CRISPR pour se déplacer égoïstement autour du génome d’un organisme pour s’aider à survivre. Nous cooptons à notre tour ce qui se passe dans la nature en intégrant aux transposons un système CRISPR-Cas programmable qui peut se déplacer. cargaison génétique que nous concevons pour remplir certaines fonctions », a déclaré Rodolphe Barrangou, professeur émérite Todd R. Klaenhammer des sciences de l’alimentation, du biotraitement et de la nutrition à NC State et auteur correspondant d’un article décrivant la recherche.
« En utilisant cette méthode, nous avons montré que nous pouvons concevoir des génomes en déplaçant des morceaux d’ADN jusqu’à 10 000 lettres », a déclaré Barrangou. « La nature le fait déjà – les données bioinformatiques montrent des exemples de jusqu’à 100 000 lettres génétiques déplacées par des systèmes CRISPR à base de transposons – mais maintenant nous pouvons le contrôler et le concevoir en utilisant ce système.
« Pour compléter l’analogie de l’auto-stop, nous concevons l’auto-stoppeur pour amener certains bagages ou marchandises dans la voiture pour livrer un certain type de charge utile lorsque la voiture arrive à destination. »
L’étude montre les chercheurs prouvant l’efficacité de la méthode à la fois in vitro sur la paillasse de laboratoire et in vivo sur E. coli. Les chercheurs ont sélectionné 10 transposons différents associés à CRISPR pour tester l’efficacité de la méthode. L’approche a fonctionné avec les 10 transposons, même si leur efficacité variait en fonction de facteurs tels que la température et la taille de la charge de chargement du transposon.
« C’était excitant de constater que tous les systèmes que nous avons testés étaient fonctionnels après les avoir reconstruits en outils d’édition du génome à partir de leurs formes biologiques natives », a déclaré Avery Roberts, étudiant diplômé de NC State et premier auteur de l’étude. « Nous avons découvert de nouvelles fonctionnalités de ces systèmes, mais il y a probablement de nombreuses autres découvertes et applications pertinentes à venir à mesure que le domaine évolue à un rythme rapide. »
La recherche a également montré que la méthode pouvait être utilisée avec différents transposons en même temps.
« Au lieu d’un seul gène, comme c’est le cas avec d’autres systèmes CRISPR comme le système Cas-9 de type II plus familier, nous pouvons intégrer toute une voie métabolique pour incorporer un tout nouvel ensemble de fonctions à un organisme », a déclaré Barrangou. « À l’avenir, cela pourrait signifier de fournir aux plantes une résistance plus flexible aux maladies ou à la sécheresse, par exemple. »
« Nous sommes ravis de ces découvertes et voyons le potentiel d’application de ces systèmes nouvellement découverts dans les plantes cultivées pour accélérer le développement de variétés plus résistantes et à plus haut rendement », a déclaré Gusui Wu, responsable mondial de la recherche sur les semences chez Syngenta Seeds.
Barrangou et Wu ajoutent que les travaux de cette étude fournissent un excellent exemple de partenariats public-privé qui stimulent la découverte scientifique et forment la main-d’œuvre de demain.
Les co-auteurs de l’article incluent l’étudiant diplômé de NC State Avery Roberts et l’ancien Ph.D. de NC State. étudiant Matthew Nethery.
Plus d’information:
Avery Roberts et al, Caractérisation fonctionnelle de divers transposons associés à IF CRISPR, Recherche sur les acides nucléiques (2022). DOI : 10.1093/nar/gkac985