Un projet sur le génome synthétique de la levure crée une souche contenant plus de 50 % d’ADN synthétique
Une souche de levure dont le génome contient plus de 50 % d’ADN synthétique a été produite en laboratoire pour la première fois. Il s’agit de la dernière étape d’un effort de 15 ans visant à concevoir et à construire un génome eucaryote entièrement synthétique à partir de zéro, que l’équipe espère terminer d’ici un an.
Le projet du génome synthétique de la levure, également connu sous le nom de Saccharomyces cerevisiae (Sc) 2.0, regroupe des groupes de recherche du monde entier qui se sont chacun chargés de produire une version synthétique de l’un des 16 chromosomes qui composent le génome de la levure.
« Nous comptons environ 10 équipes issues des meilleures universités de quatre continents ; c’est un effort véritablement international», explique Patrick Cai, titulaire de la chaire de génomique synthétique à l’Université de Manchester et coordinateur international du projet Sc2.0.
Ben Blount, de l’Université de Nottingham et chef de l’une des équipes basées au Royaume-Uni, explique que la levure est utilisée comme organisme modèle pour les eucaryotes depuis de nombreuses années, ce qui signifie que les scientifiques en savent probablement plus sur la levure que sur tout autre organisme. «Le génome de la levure est vraiment beau et compact», explique-t-il. «Il possède également cette impressionnante capacité innée à simplement assembler l’ADN.» Ainsi, si vous avez deux séquences d’ADN qui ont une séquence similaire entre elles, la levure se contentera de coudre cet ADN ensemble.
Un ensemble de huit articles a été récemment publié dans Cellule, Cellule moléculaire et Génomique cellulaire dans lequel les équipes du consortium Sc2.0 ont décrit leurs chromosomes synthétiques de levure et mis en évidence les principales caractéristiques qu’elles avaient identifiées. En outre, le consortium a publié une étude de validation de principe dans laquelle 6,5 des chromosomes synthétiques, plus un « néochromosome » supplémentaire constitué uniquement de gènes d’ARN de transfert (ARNt), ont été rassemblés en une seule cellule capable de survivre et de survivre. se répliquer de la même manière que la levure sauvage.
«Nous montrons que nous disposons de la technologie nécessaire pour fusionner plus de 50 % de l’ADN synthétique dans une seule cellule», explique Cai. « Il s’agit d’un jalon en biologie et en biotechnologie : c’est l’organisme le plus synthétique que nous ayons jamais créé. »
La conception de chaque chromosome a été soigneusement contrôlée par un ensemble de principes de conception stricts, explique Blount, dont l’équipe était responsable du chromosome XI, avant un processus de « débogage » étendu et long. Cependant, plutôt que d’être une copie directe du génome naturel, le génome synthétique Sc2.0 contient des milliers de modifications de conception, notamment la suppression d’éléments mobiles et d’introns, la relocalisation des ARN de transfert (ARNt) et l’échange de codons d’arrêt pour augmenter la stabilité du génome. et génèrent une variété de phénotypes dotés de propriétés souhaitables, telles que l’immunité contre les virus.
L’équipe de Blount a également montré que son chromosome pourrait être réutilisé comme un nouveau système pour étudier les ADN circulaires extrachromosomiques. Ces cercles d’ADN flottants qui s’échappent du génome sont de plus en plus reconnus pour leur rôle dans le vieillissement et le cancer.2 «Ces cercles permettent aux tumeurs de devenir résistantes à de nombreux traitements que nous utilisons», explique Blount.
Le laboratoire de Cai a également créé un « néochromosome » entièrement synthétique, composé uniquement de 275 gènes d’ARNt déplacés des chromosomes d’origine.3 « Rien de tel n’existe dans la nature », déclare Cai. « (Mais) nous l’avons installé dans la (cellule) de levure, et elle semble en être satisfaite, ce qui signifie qu’elle est fonctionnelle. »
Le processus est désormais en cours pour rassembler chacun des chromosomes dans une seule cellule de levure et on s’attend à ce que le génome synthétique complet soit terminé d’ici un an.
John Glass, chef du groupe de biologie synthétique de l’Institut J. Craig Venter, où une équipe a produit une cellule bactérienne dotée d’un génome synthétique en 2010, déclare qu’il considère les travaux du Sc2.0 comme « un continuum ». « À chaque nouvelle étape, alors qu’ils se rapprochent de leur ambition de créer une cellule de levure dotée d’un génome entièrement synthétique, ils découvrent des choses extraordinaires et inattendues sur la biologie eucaryote qui sont fascinantes et qui, au fil du temps, auront des conséquences extraordinaires pour la médecine, pour l’industrie. , pour notre vision de nous-mêmes », explique-t-il.
«Ils ont maintenu ce groupe d’au moins 16 organisations universitaires, industrielles et gouvernementales différentes ensemble pendant plus d’une décennie et l’ont financé à travers une grande variété de sources. Et ce n’est pas une entreprise anodine», ajoute-t-il.
