Des chercheurs belges du Centre de microbiologie VIB-KULeuven et du Centre VIB-UGent de biologie des systèmes végétaux ont développé une nouvelle boîte à outils de 16 courtes séquences d’ADN différentes qui permettent de déclencher des événements de recombinaison contrôlés et spécifiques dans n’importe quel génome.
Cette nouvelle boîte à outils brevetée, complémentaire – et pour certaines applications dépassant – CRISPR, est désormais disponible pour les chercheurs et les industriels dans le domaine de l’ingénierie du génome. Les résultats sont rapportés aujourd’hui dans deux articles simultanés dans Communications naturelles.
Les recombinases spécifiques à un site permettent de couper et coller efficacement l’ADN à des emplacements spécifiques du génome, où chaque recombinase reconnaît une séquence d’ADN précise. En raison de leur spécificité de séquence, les systèmes CRISPR ont éclipsé les recombinases spécifiques à un site au cours de la dernière décennie en tant qu’outil d’ingénierie du génome.
Les systèmes CRISPR ont provoqué une révolution dans le domaine car ils peuvent très facilement être ciblés sur différents locus génomiques. Cependant, comme les recombinases spécifiques à un site fonctionnent différemment, elles contournent certains des problèmes majeurs de CRISPR, notamment la toxicité des cassures double brin de l’ADN provoquant des mutations ponctuelles indésirables et des variations structurelles, les faibles efficacités d’édition rencontrées dans de nombreux organismes non conventionnels et non-conventionnels. la division des cellules et la difficulté d’insérer de gros fragments d’ADN. De plus, le brevetage très complexe de CRISPR rend son utilisation dans la recherche et l’industrie souvent difficile et coûteuse.
Les groupes de recherche du Centre de microbiologie VIB-KULeuven et leurs collègues du Centre VIB-UGent de biologie des systèmes végétaux ont maintenant abordé les lacunes de la recombinaison spécifique à un site antérieure en tant que moyen d’ingénierie génomique. L’équipe a élargi la boîte à outils qui utilise une recombinase virale (Cre) afin qu’elle puisse désormais reconnaître, couper et coller spécifiquement plusieurs sites d’ADN. L’équipe a identifié un ensemble de 16 sites qui se recombinent efficacement avec le même site, mais pas avec aucun autre site de cet ensemble, et ce pour des organismes différents.
« Grâce à ces systèmes de recombinaison orthogonale, nous pouvons éviter la manière imprévisible dont plusieurs sites de recombinaison dans un génome interagissent les uns avec les autres », explique Kevin Verstrepen, directeur du Centre de microbiologie VIB-KULeuven. « Cela ouvre la voie à de nombreux projets de recherche pour installer simultanément de nombreuses modifications génomiques, petites ou grandes, ou pour recycler de manière répétée des marqueurs au cours des efforts d’ingénierie du génome. »
Applications pour la recherche et l’industrie
Charlotte Cautereels, Ph.D. étudiant au laboratoire de Kevin Verstrepen, a créé la nouvelle boîte à outils sur la levure et l’a testée sur des cellules bactériennes. Elle a ensuite collaboré avec le centre VIB-UGent PSB pour démontrer également son efficacité dans les cellules végétales.
Dans sa dernière publication, elle démontre comment il peut être utilisé pour optimiser l’expression des gènes des voies métaboliques et les titres de production de molécules industriellement pertinentes. Un seul cycle de mélange de régulateurs génétiques dédiés avec les nouveaux sites de recombinaison a déjà doublé les titres de production.
« Nous avons pu corroborer que la modification de l’expression grâce à notre configuration basée sur la recombinaison permet une optimisation rapide et efficace de l’expression des gènes dans les voies biosynthétiques hétérologues », explique Cautereels. « Non seulement cette nouvelle boîte à outils offre des possibilités d’améliorer les usines de cellules microbiennes, mais elle valide également notre boîte à outils pour les scientifiques et l’industrie travaillant dans le domaine de l’ingénierie du génome. »
Plus d’information:
Charlotte Cautereels et al, Les sites orthogonaux LoxPsym permettent une recombinaison multiplexée spécifique à un site chez des hôtes procaryotes et eucaryotes, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-44996-8
Charlotte Cautereels et al, Optimisation combinatoire de l’expression génique via le brassage de promoteurs et de terminateurs médié par la recombinase chez la levure, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-44997-7