De nouveaux organismes ont été formés à l’aide du tout premier code génétique à six lettres

Des scientifiques ont créé les tout premiers organismes “semi-synthétiques” en reproduisant des bactéries E. coli dotées d’un code génétique étendu à six lettres.

Alors que tout être vivant sur Terre est formé selon un code ADN composé de quatre bases (représentées par les lettres G, T, C et A), ces E. coli modifiés portent un type d’ADN entièrement nouveau, avec deux bases supplémentaires, X et Y, nichées dans leur code génétique.

L’équipe, dirigée par Floyd Romesberg du Scripps Research Institute en Californie, a modifié des nucléotides synthétiques – des molécules qui servent d’éléments constitutifs de l’ADN et de l’ARN – pour créer une paire de bases supplémentaires, qu’elle a réussi à insérer dans le code génétique d’E. coli.

Nous avons maintenant le premier organisme semi-synthétique au monde, avec un code génétique composé de deux paires de bases naturelles et d’une paire de bases “étrangère” supplémentaire, et Romesberg et son équipe pensent que ce n’est qu’un début pour cette nouvelle forme de vie.

romesberg et son équipe soupçonnent que ce n’est que le début de cette nouvelle forme de vie. “Grâce à la capacité virtuellement illimitée de conserver des informations accrues, l’organisme semi-synthétique optimisé constitue désormais une plate-forme appropriée [pour]… créer des organismes dotés d’attributs et de traits totalement artificiels que l’on ne trouve nulle part ailleurs dans la nature”, rapportent les chercheurs.

“Cet organisme semi-synthétique constitue une forme stable de vie semi-synthétique, et jette les bases des efforts visant à doter la vie de nouvelles formes et fonctions.”

En 2014, l’équipe a annoncé qu’elle avait réussi à créer une paire de bases d’ADN synthétique – composée de molécules appelées X et Y – et qu’elle pouvait être insérée dans un organisme vivant.

Depuis lors, l’équipe s’efforce de faire en sorte que la bactérie E. coli modifiée non seulement intègre la paire de bases synthétiques dans son code ADN, mais la conserve pendant toute sa durée de vie.

Au départ, les bactéries modifiées étaient faibles et maladives, et mouraient peu après avoir reçu leur nouvelle paire de bases, car elles ne pouvaient pas la conserver pendant leur division.

“Votre génome n’est pas seulement stable pendant une journée”, explique M. Romesberg. “Votre génome doit être stable à l’échelle de votre vie. Si l’organisme semi-synthétique doit vraiment être un organisme, il doit être capable de maintenir cette information de manière stable.”

Au cours des deux années suivantes, l’équipe a mis au point trois méthodes pour créer une nouvelle version de la bactérie E. coli qui conserverait indéfiniment sa nouvelle paire de bases, lui permettant ainsi de mener une vie normale et saine.

La première étape a consisté à construire une meilleure version d’un outil appelé transporteur de nucléotides, qui transporte les morceaux de la paire de bases synthétiques dans l’ADN de la bactérie et les insère au bon endroit dans le code génétique.

“Le transporteur a été utilisé dans l’étude de 2014, mais il rendait l’organisme semi-synthétique très malade”, explique l’un des membres de l’équipe, Yorke Zhang.

Une fois qu’ils ont modifié le transporteur pour qu’il soit moins toxique, la bactérie n’a plus eu de réaction indésirable à son égard.

Ensuite, ils ont modifié la molécule qu’ils avaient initialement utilisée pour fabriquer la base Y et ont découvert qu’elle pouvait être plus facilement reconnue par les enzymes de la bactérie qui synthétisent les molécules d’ADN pendant la réplication de l’ADN.

Enfin, l’équipe a utilisé l’outil révolutionnaire d’édition de gènes, CRISPR-Cas9, pour créer des E. coli qui ne considèrent pas les molécules X et Y comme un envahisseur étranger.

Les chercheurs rapportent maintenant que les E. coli modifiés sont sains, plus autonomes et capables de stocker indéfiniment l’information accrue de la nouvelle paire de bases synthétiques.

“Nous avons rendu cet organisme semi-synthétique plus vivant”, a déclaré M. Romesberg.

Si tout cela vous semble légèrement terrifiant, sachez que l’impact potentiel de ce type de technologie a suscité de nombreuses inquiétudes.

En 2014, Jim Thomas, de l’ETC Group, une organisation canadienne qui vise à aborder les problèmes socio-économiques et écologiques liés aux nouvelles technologies, a déclaré au New York Times :

“L’arrivée de cette forme de vie “extraterrestre” sans précédent pourrait à terme avoir des implications éthiques, juridiques et réglementaires de grande envergure. Alors que les biologistes synthétiques inventent de nouvelles façons de manipuler les éléments fondamentaux de la vie, les gouvernements n’ont même pas été capables de rassembler les éléments de base de la surveillance, de l’évaluation ou de la réglementation de ce domaine en plein essor.”

Et ce, alors que la bactérie était à peine fonctionnelle.

Selon M. Romesberg, il n’y a pas lieu de s’inquiéter pour l’instant, car la paire de bases synthétiques est inutile. Elle ne peut pas être lue et transformée en quelque chose de valeur par la bactérie – il s’agit simplement d’une preuve de concept montrant qu’une forme de vie peut accepter des bases “étrangères” et les conserver.

L’étape suivante consisterait à insérer une paire de bases qui soit réellement lisible, et la bactérie pourrait alors vraiment en faire quelque chose.

L’autre raison pour laquelle il n’y a pas lieu de s’inquiéter, selon M. Romesberg, c’est que ces molécules n’ont pas du tout été conçues pour fonctionner dans des organismes complexes et, comme elles ne ressemblent à rien de ce que l’on trouve dans la nature, il y a peu de chances que cela devienne incontrôlable.

“L’évolution fonctionne en commençant par quelque chose de proche, puis en changeant ce qu’il peut faire par petites étapes”, explique Romesberg à Ian Sample, du Guardian.

“Nos X et Y sont différents de l’ADN naturel, la nature n’a donc rien de proche pour commencer. Nous avons montré à de nombreuses reprises que lorsque vous ne fournissez pas X et Y, les cellules meurent, à chaque fois.”

Le temps nous dira s’il a raison, mais il ne fait aucun doute que l’équipe va continuer à améliorer cette technique dans l’espoir de concevoir des bactéries capables de produire de nouveaux types de protéines pouvant être utilisées dans les médicaments et les matériaux du futur.

Comme l’affirme M. Romesberg, “cela va faire exploser tout ce que nous pouvons faire avec les protéines”

La recherche a été publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences.