Au-delà du génie génétique : la biologie synthétique.
Des chercheurs – menés par le très controversé Craig Venter – ont réussi à créer un être vivant à partir d'un ADN extrait d'une bactérie A, modifié dans un organisme B (levure), et introduit dans une bactérie C qui devient alors A.Connu pour avoir mené en parallèle au projet public un projet privé de séquençage du génome humain il est vu par certains comme celui qui en a boosté la progression en créant de la compétition, ou comme un personnage peu scrupuleux dont la méthode rapide (shotgun) s'appuyait en fait sur les résultats mis a disposition de tous par le consortium public et qui a tenté de breveter tout ce qu'il trouvait.
C'est selon le point de vue d'où on le regarde... En tous cas il ne laisse personne indifférent.
Un bouton pour produire l'organisme vivant ?
On peut imaginer qu'un jour on aura des machines qui permettent de composer un ADN avec en bas de page un bouton : Print-to-ovule ou Print-to-bacteria qui activerait la production de l'organisme ainsi défini.
Finis les OGM, voilà les Organismes Synthétiques ?
Avec d'autres résultats récents, on voit émerger une nouvelle approche qui va plus loin que le génie génétique : on est sur le point de produire des organismes vivants à la carte. Actuellement – et de manières simplifiée – on "bricole" un organisme en lui ajoutant ou lui enlevant un ou quelques gènes.Depuis plusieurs années on dispose des génomes complets de très nombreux organismes, (qu'on peut voir depuis p. ex. Mapviewer ). Cette masse d'information digitalisée a profondément transformé la biologie, et le séquençage de masse ouvre de nouveaux champs d'exploration dans tous les domaines de la biologie.
Mais on reste principalement dans une démarche d'observateur, de diagnostic ou de recherche;
Les possibilités d'agir à partir de ces séquences étaient relativement limitées, jusqu'ici.De nombreux groupes sont en train de mettre au point les outils d'une ingénierie complète du vivant : assembler des modules fonctionnels dans une base cytoplasmique minimale pour créer un organisme aux caractéristiques particulières. Un peu comme un ingénieur prendrait un châssis de base pour un ordinateur et vous monterait un disque dur, un lecteur optique et un processeur pour produire une machine correspondant à vos besoins.
On parle alors de biologie synthétique.
Un numéro spécial de Nature aborde ce thème : Special issue celebrates the emerging field of synthetic biology.
On y trouve une BD Adventures in Synthetic Biology [img]
Un génome artificiel anime une bactérie !
L'an passé déjà Craig Venter avait provoqué pas mal de remous (cf p. ex ici la news de Nature Pennisi, Elizabeth (2008)) en annonçant avoir créé un génome artificiel à partir de molécules de 6000 bases commandées chez des fabricants d'ADN, assemblées pour former le génome complet d'une bactérie Mycoplasma genitalium au génome relativement petit (600'000 bases) qu'ils ont réintroduit et fait vivre dans cette bactérie. Gibson, D. G.,et al. (2008).conference TED de Venter sur la vie synthetique
Je suppose qu'on peut dire faire vivre si un ADN fait de séquences inertes contrôle une bactérie et lui permet toutes les fonctions de la vie ?
Dire qu'on a créé la vie est un peu excessif sans doute car les séquences fabriquées sont celles qu'on a séquencé chez des êtres vivants préalablement
Cf la conférence TEDTalks de Venter.
L'ADN, une molécule,... mais surtout un support d'information ?
La biologie est de plus en plus une science de l'information, le rapport BIO2010 (NRC, 2003) Ici le met en évidence avec clarté.
Une bactérie minimaliste à 182 gènes ?
Encore avant cela, des chercheurs avaient réussi a trouver une bactérie fonctionnelle à seulement 182 gènes. (Cf p. ex la news de Nature par Ball, Philip. (2006). Smallest genome clocks in at 182 genes).Il s'agit de Carsonella ruddii, une bactérie symbiotique qui vit chez des insectes suceurs de sève : son génome fait à peine 159,662 bases. Bien qu'elle soit symbiotique, elle intéresse pour la biologie synthétique, car une bactérie au génome minimaliste pourrait constituer le châssis de base sur la base duquel composer avec les modules correspondant aux fonctions souhaitées une bactérie sur mesure. il s'agit en fait de trouver les gènes fondamentaux pour la vie. Certains pensent qu'il pourrait suffire de quelques 200 gènes qui seraient communs a toutes les espèces vivantes.
Un répertoire de pièces détachées biologiques ?
Le MIT tient un registre (http://parts.igem.org/Main_Page) librement accessible, des fonctions biologiques de base qui peuvent être utilisées pour composer des systèmes biologiques synthétiques. Il est accessible sous forme d'un Wiki dans lequel chacun peut contribuer, utiliser ou améliorer les items du Registry of Standard Biological Parts. Une compétition pour ingénieurs en biologie : produire la bactérie la plus originale
On a même vu un concours iGEM (rapporté ici par Check, E. 2005) où s'affrontaient des ingénieurs du vivant pour produire en un temps limité l'organisme le plus original. Un groupe d'étudiants de l'EPFZ y a représenté la suisse : ils ont réalisé un compteur moléculaire... qui compte jusqu'à 2 ... c'est un début !Des bactéries pour faire des photos !
Un groupe de chercheurs a réussi à "greffer"les photoécepteurs (des phytochromes issus de cyanobactéries) à une kinase intracellulaire chez Escherichia coli, produisant une bactérie qui traduit les niveaux de lumière en modifications chimiques. La résolution de ce bio-capteur atteint 100mégapixels par pouce carré c'est beaucoup plus que les capteurs actuels !Figure 4: Des Escherichia coli réalisent un photocapteur.High resolution image and legend (33K) (source Levskaya, A. et al. (2005)Nature)
L'étape nouvelle réalisée aujourd'hui ?
L'étape que l'équipe de Craig Venter réalise et publie dans Science (Lartigue, C., et al., 2009) une étape assez instrumentale de plus. Ils ont réussi à isoler le génome d'une bactérie (Mycoplasma mycoides) , à l'insérer dans une levure sous forme de chromosome artificiel, à lui faire subir des modifications qui ne sont possibles que dans cet organisme, puis à le réintroduire dans une autre bactérie (Mycoplama capricolum) poour obtenir une bactérie qui est M. mycoides).Ils avaient déjà observé que le génome inséré risquait d'être était digéré par les les enzymes de restriction de la bactérie d'accueil. Ils ont trouvé deux réponses : Désactiver ces enzymes dans la bactérie d'accueil , et methyler le génome à introduire.
Ils ont donc réussi à mettre au point cette technique de transfert de génome entre des "ateliers de modification" en somme : prendre un génome entier, le modifier dans un autre organisme et le faire s'exprimer sous forme de bactéries viables. La bactérie dans l'image à droite a son génome qui été modifiée pour être bleue. Figure 5: le génome extrait de la bactérie (bleue) est inséré dans la levure (beige) modifié, extrait, methylé (noir, cercle), introduit dans une bactérie verte dont le génome est supprimé. elle devient alors bleue. [Cliquer pour une version agrandie]CREDITS (TOP TO BOTTOM): C. LARTIGUE ET AL., SCIENCE; J. CRAIG VENTER INSTITUTE
Et un jour l'humain synthétique ?
L'idée - la crainte, le fantasme ? - qu'on puisse un jour produire un être humain sur commande revient avec plus d'acuité. Il n'est pas techniquement envisgeable de le voir bientôt, question d'échelle car produire un génome de bactérie à 600kbases c'est autre chose que créer des chromosomes de 3 GigaBases. Mais ce n'est plus impossible à imaginer.Peut-être vaut-il la peine d'aborder les questions éthiques que ces techniques soulèvent avant qu'elles deviennent réalité.
C'est ce qu'ont fait des scientifiques par exemple dans un cours d'été organisé par plusieurs universités dont l'EPFZ : 3TU.Ethics The Ethics of Synthetic Biology ici. On y trouvera de pistes de réflexions intéressantes, notamment la biosécurité, les usages militaires de recherches pacifiques (Dual use), les risques de contamination, et même la question de la communication au public ; comment éviter les simplifications qui laissent la porte aux dérives sensationnalistes dont les médias sont friands. (cf ici p. ex)
Sources et liens
- Engineering Escherichia coli to see light intranet-pdf | doi:10.1038/nature04405
- Ball, Philip. (2006).Smallest genome clocks in at 182 genes NatureNews 12 October 2006 | | doi:10.1038/news061009-10 Une bactérie à seulement 182 gènes !
- Ball, P. (2004). Synthetic biology: Starting from scratch. Nature, 431(7009), 624-626. intranet.pdf
- Barneoud, Lise. (2009)."Et si on créait un être vivant ?" Science et Vie Junior III 09 | extraits-intranet.pdf
- Dessibourg, Olivier. (2008). Les biologistes sur le point de recréer la vie . Le Temps 28 avril 2008 intranet.pdf
- Check, E. (2005). Synthetic biology: Designs on life. Nature, 438(7067), 417-418.
- Endy, D. (2005). Foundations for engineering biology. Nature, 438(7067), 449-453.
- Drew Endy, Isadora Deese & The MIT Synthetic Biology Working Group. (2009). Adventures in Synthetic Biology Nature 438, 449 - 453 (24 November 2005) doi:10.1038/nature04342
- Gibson, D. G.,et al. (2008). Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science, 319(5867), 1215‑1220. doi:10.1126/science.1151721 intranet
- Lartigue, C., Vashee, S., Algire, M. A., Chuang, R.-Y., Benders, G. A., Ma, L., et al. (2009). Creating Bacterial Strains from Genomes That Have Been Cloned and Engineered in Yeast. Science, 1173759.
- Levskaya, A., Chevalier, A. A., Tabor, J. J., Simpson, Z. B., Lavery, L. A., Levy, M., et al. (2005). Synthetic biology: Engineering Escherichia coli to see light. Nature, 438(7067), 441-442.
- Nature special issue celebrates the emerging field of synthetic biology.Volume 438 Number 7067 pp395-530 (24 November 2005)
- NRC ( 2003). BIO2010: Transforming Undergraduate Education for Future Research Biologists (No. ISBN: 0-309-08535-7): National Research Council.
- Pennisi, Elizabeth (2008) Scientists Synthesize a Genome From Scratch, ScienceNOW Daily News 24 January 2008 Un génome fabriqué de toutes pièces : Le génome de Mycoplasma genitalium, 600'000 bases synthetisé et introduit dans la bactérie !
- Pennisi, Elizabeth. (2009) Genetic Engineering: Two Steps Forward for Synthetic Biology Science News of the Week 21 August 2009: Vol. 325. no. 5943, pp. 928 - 929 | DOI: 10.1126/science.325_928
- Sélection de liens sur la biologie synthétique
- SyntheticBiology.org
- Registry of Standard Biological Parts.
Craig Venter et le génome humain
"Biologiste américain et concepteur d’une recherche à grande échelle, Craig Venter est l’un des pionniers du séquençage génomique. En 1995, il achève le premier séquençage complet du génome d’un organisme vivant, la bactérie Haemophilus influenzae. Trois ans plus tard, il fonde la société Celera Genomics qui, après avoir séquencé en un temps record le génome de la Drosophile, se fixe pour objectif de séquencer l’intégralité du génome humain, entrant ainsi en compétition avec le consortium public international, baptisé Projet Génome Humain. Les efforts conjoints des deux équipes aboutissent à ce qui est considéré comme une percée historique: la carte complète du génome humain. Cet exploit est salué à la Maison Blanche par le Président Clinton le 26 juin 2000. En 2002, Craig Venter fonde le J. Craig Venter Institute dans le but d’explorer la biodiversité génomique, notamment celle de la gigantesque population des bactéries marines, et de recréer un organisme vivant synthétique en laboratoire. Craig Venter a annoncé en 2008 une étape majeure dans ce processus, à savoir, la création du premier génome artificiel."
| mardi 13 octobre | 18h30 - Uni Dufour Conférence en anglais, avec traduction simultanée en françaisCes conférences sont retransmises par vidéo et peuvent être vues après coup : celle de Elizabeth Loftus sur les illusions de la mémoire est ici par exemple
Complété le 20 IX 09 : lien sur un article dans le temps.
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