Un dispositif endommageant l’ADN pourrait rendre la découverte de mutants plus sûre et plus simple
Un appareil compact qui tire des jets de plasma peut être utilisé pour muter de manière aléatoire l’ADN d’organismes cultivés. Cette approche offre un moyen peu coûteux, sûr et simple de trouver des souches mutantes bénéfiques et améliorées de microbes pour l’industrie et la biomédecine.
Les ingénieurs généticiens utilisent couramment les dernières technologies d’édition génétique telles que Crispr pour modifier sélectivement la génétique d’un organisme. Cependant, ces méthodes rationnelles nécessitent de connaître ce que vous ciblez et pourquoi. À l’inverse, la mutagenèse aléatoire peut constituer une approche dispersée utile : il suffit d’induire des mutations dans un organisme et de voir ce qui se passe.
La mutagenèse aléatoire est traditionnellement réalisée soit par voie chimique, en utilisant des produits chimiques toxiques tels que des agents alkylants et des azides, soit en exposant physiquement les organismes à des rayonnements endommageant l’ADN. Mais ceux-ci présentent clairement des risques pour la santé et la sécurité de ceux qui entreprennent les expériences. De plus, l’utilisation des rayonnements est coûteuse et nécessite des connaissances spécialisées et des protocoles de sécurité.
Aujourd’hui, le bio-ingénieur Yong-Su Jin et l’ingénieur électricien Sung-Jin Park de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champagne, aux États-Unis, se sont associés à des collègues pour développer une nouvelle machine compacte utilisant une gamme de jets de plasma à température ambiante (ARTP). pour induire des mutations aléatoires dans des micro-organismes cultivés.
«Notre dispositif vise à rendre la mutagenèse plus accessible et plus pratique pour diverses applications en biotechnologie», explique Jin. « Nous souhaitions également créer un outil plus conforme aux normes environnementales et de sécurité actuelles et capable de répondre aux exigences de la recherche et de l’industrie modernes. »
Le dispositif ARTP comprend un réseau de sept microcanaux mesurant jusqu’à 8 cm de longueur à travers lesquels circule un mélange gazeux composé de gaz rares et d’air disponibles dans le commerce. Lorsque des impulsions haute tension sont appliquées, les gaz enflammés produisent des jets de plasma micrométriques à basse température aussi fins qu’un cheveu humain. Ceux-ci se dirigent vers la surface cible, formant des espèces réactives d’azote, d’oxygène et d’hydrogène dans le plasma qui bombardent les cellules en culture et induisent des mutations dans leur ADN.
L’utilisation de l’ARTP pour la mutagenèse n’est cependant pas nouvelle. Déjà appliqué comme technique de stérilisation pour tuer les agents pathogènes, des chercheurs chinois ont découvert en 2014 qu’à des niveaux sublétaux, il pouvait être utilisé pour induire des mutations plutôt que pour tuer un organisme. Un appareil commercial de mutagenèse ARTP à jet unique a ensuite été développé, mesurant environ 33 cm.3 de taille et pesant 100 kg.
Les nouveaux réseaux de microcanaux développés par l’équipe de Jin et Park permettent cependant de fabriquer une machine beaucoup plus petite, plus légère et plus portable. Les chercheurs affirment qu’il est également moins cher et consomme moins d’énergie, tout en offrant un contrôle supérieur grâce à un ensemble de jets de microplasma au lieu d’un jet de macroplasma plus grand.
Après avoir montré que le nouveau dispositif pouvait produire des espèces réactives pour perturber et déployer l’ADN circulaire d’un plasmide, l’équipe s’est tournée vers une espèce de levure, Rhodosporidium toruloides. Ce choix était stratégique, dit Jin. ‘R. toruloïdes est très prometteuse en tant qu’usine de cellules microbiennes pour la production de produits chimiques, mais elle pose des défis en matière de génie génétique en raison des limites des interventions génétiques ciblées», explique-t-il.
En soumettant cette levure au jet de plasma, les chercheurs ont tué environ 95 % des cellules traitées. Cependant, chez 0,44 % des survivants, des mutations ont été induites dans la voie de biosynthèse du pigment caroténoïde, qui ont été observées directement par le biais de changements dans la couleur des colonies. «De tels changements visuels sont révélateurs des effets de la mutagenèse à l’échelle du génome, fournissant un phénotype clair et observable correspondant aux changements génétiques», explique Jin.
«Cela présente une approche totalement nouvelle et élégante pour la mutagenèse aléatoire d’organismes», commente Manel Camps, qui étudie la mutagenèse à l’Université de Californie à Santa Cruz, aux États-Unis. «Cela pourrait bien être universel et être appliqué à n’importe quel organisme avec un calibrage approprié.» Un avantage possible est qu’il peut bien fonctionner sur l’ADN nu, ce qui est très pratique pour la manipulation et le transfert.» Camps explique que d’autres approches nécessitent généralement une activation par le métabolisme d’un organisme vivant et ne fonctionnent donc pas sur l’ADN nu.
Rodrigo Ledesma Amaro, biologiste synthétique à l’Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, est du même avis. « C’est un beau papier. Il pourrait être utilisé pour générer des souches surproductrices de molécules d’intérêt et également comprendre la fonction de nouvelles enzymes métaboliques et régulatrices.»
