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Comment fonctionne une cellule semi-synthétique avec de l'ADN artificiel

Comment fonctionne une cellule semi-synthétique avec de l'ADN artificiel


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Je sais qu'il s'agit maintenant d'ancien nouveau, mais j'ai entendu dire qu'une cellule utilisant une paire synthétique de nucléotides, appelée X et Y, avait été créée. Ma question était de savoir comment la cellule comprenait les nucléotides X et Y pendant la traduction et comment était-elle même représentée dans l'ARNm ? Il doit avoir été représenté différemment, éventuellement en utilisant uniquement les nucléotides X et Y. C'est la seule façon à laquelle je peux penser qui amène la cellule à fabriquer 172 acides aminés au lieu des 20 habituels. D'ailleurs, j'ai lu ceci dans le magazine Discover, numéro de janvier.


L'E Coli modifié n'utilisait toujours que les 20 acides aminés réguliers (vraisemblablement).

En regardant la citation originale, Malyshev et al n'ont pas du tout caractérisé l'ARN dans leur E Coli modifié. Tout ce qu'ils ont fait a été d'ajouter des X et Y libres au milieu de croissance du E Coli et d'ajouter un gène au E Coli qui exprimait unetransporteur de nucléotide triphosphate d'algues. Malyshev et al ont ensuite démontré que la réplication (copie de l'ADN) se déroule normalement et de manière à préserver le contenu X et Y.

Donc aucune information quant à savoir si l'un des produits en aval de l'ADN (c'est-à-dire ARNm, protéines, etc.) a été affecté par leurs modifications.


La première bactérie semi-synthétique à ADN artificiel a créé une protéine entièrement nouvelle

Toute vie sur Terre repose sur les mêmes éléments constitutifs de l'ADN. L'ADN se compose de paires de quatre composés biologiques appelés nucléobases - A, T, C, G (Adénine, Cytosine, Thymine et Guanine). Mais et si nous créions de nouvelles nucléobases artificielles à ajouter à ces paires ? Des chercheurs du Scripps Research Institute le découvrent maintenant, ayant réussi à créer une souche bactérienne semi-synthétique avec deux nouvelles bases non naturelles.

Pendant plusieurs années, l'équipe de recherche a travaillé à la création d'un organisme vivant stable avec de nouvelles paires de bases d'ADN non naturelles. Les bases synthétiques, baptisées "X" et "Y", ont été ajoutées à l'ADN d'une souche de E. coli bactéries.

Plus tôt en 2017, l'équipe a révélé qu'après plusieurs tentatives infructueuses, elle avait finalement stabilisé la bactérie semi-synthétique et l'avait amenée à se développer et à se diviser naturellement, en transmettant les bases synthétiques "X" et "Y" aux nouvelles générations. L'étape suivante consistait à amener cet organisme à générer une nouvelle molécule en utilisant ses nouvelles bases synthétiques.

Tous les organismes génèrent des protéines à partir de chaînes d'acides aminés en utilisant les quatre "lettres" standard de l'alphabet ADN. La vie telle que nous la connaissons repose sur 20 acides aminés standard, mais cette nouvelle recherche révèle qu'en ajoutant deux nouvelles "lettres" à l'alphabet de l'ADN, un organisme pourrait éventuellement générer jusqu'à 152 nouveaux acides aminés.

Cela signifie que des molécules entièrement nouvelles peuvent être créées qui pourraient hypothétiquement devenir la base de nouveaux médicaments.

Et maintenant, la création d'une protéine complètement nouvelle et non naturelle a été efficacement démontrée avec l'organisme semi-synthétique exprimant une variante de la protéine fluorescente verte. Ces marqueurs protéiques naturellement brillants sont les premières molécules artificielles jamais produites par un organisme semi-synthétique.

"C'était le plus petit changement possible que nous puissions apporter à la façon dont la vie fonctionne - mais c'est le tout premier", déclare Floyd Romesberg, responsable de l'étude.

Les implications de cette percée sont difficiles à comprendre. Alors que les techniques actuelles de génie génétique expérimentent la modification de l'expression des gènes existants, cette nouvelle innovation revient à générer un langage entièrement nouveau. À l'avenir, cela pourrait permettre aux scientifiques de construire des molécules entièrement étrangères qui peuvent faire dans le corps humain tout ce que nous leur demandons.

Romesberg n'ignore pas ces implications et a fondé une société appelée Synthorx dans le but de développer de nouvelles protéines thérapeutiques à partir de cette technologie. Le PDG de Synthorx s'efforce déjà de déplacer le travail vers des applications cliniques.


'Impressionnant' feat

Syn61 s'avère ne pas être aussi vigoureux que son naturel E. coli cousin - il pousse environ 60% plus lentement. Bien que cela puisse suggérer qu'il peut y avoir quelque chose de fondamentalement important dans les orthographes alternatives dans le code génétique, Julius Fredens pense qu'ils ont identifié des problèmes plus petits dans Syn61, qui devraient être facilement corrigés pour restaurer complètement la santé de l'organisme.

Tom Ellis est impressionné par le fait que la bactérie fonctionne, en disant : "Ces 18 000 changements signifient que chaque gène du chromosome aura été modifié - et pourtant il est toujours en vie !"

L'un des effets du recodage est qu'il sépare Syn61 de toute autre vie. Jusqu'à présent, les organismes ont pu échanger des gènes, souvent via des virus, car ils partagent tous le même langage de base. Maintenant, un virus essayant d'infecter Syn61 découvrira que la cellule hôte n'a pas les outils pour traduire l'ADN viral, la tentative échouerait.

George Church appelle cela le "cliffhanger". Lors d'une tentative précédente dans son laboratoire, avec un ensemble de modifications plus limité, un virus sur cinq a quand même réussi à se répliquer.

"Le succès de Chine encouragera le reste d'entre nous à travailler pour rendre de nombreux organismes (microbes industriels, plantes, animaux et cellules humaines) résistants à tous les virus par cette approche de recodage", a écrit Church dans un e-mail.

Chin dit que ce test n'a pas encore été essayé avec Syn61, mais qu'il figure en bonne place sur leur liste de choses à faire.

Mais le grand plan de Chin est de rendre la biochimie plus diversifiée.

Avec seulement 61 des 64 codons possibles de Syn61 utilisés comme instructions pour les acides aminés naturels (d'où le nom), il en reste trois qui peuvent maintenant être réaffectés à des non naturels qui pourraient introduire une chimie entièrement nouvelle dans la cellule.

Chin a été le pionnier de ce type de biologie synthétique en introduisant des éléments qui font briller les protéines ou réagissent à la lumière en devenant actives ou éteintes.

Fredens estime qu'il existe peut-être déjà 200 éléments de construction non naturels qui pourraient être intégrés à la chimie des protéines de cette manière, et que ceux-ci fonctionneraient avec les techniques déjà développées au LMB et ailleurs.

"C'est assez époustouflant de pouvoir étendre l'alphabet génétique de cette façon", admet Fredens. "Je pense que nous sommes assez loin de réaliser tout ce que nous pouvons faire avec, produire des choses que nous n'avons jamais vues auparavant."

Chin's se concentre beaucoup sur ce que les opportunités feront pour la science, en parlant de protéines alternatives qui espionneront le fonctionnement interne des cellules ou aideront les sociétés pharmaceutiques à créer de meilleurs médicaments. Mais les possibilités sont infinies. Tom Ellis spécule sur l'idée de connecter des crochets moléculaires à des protéines qui leur permettraient de cliquer ensemble pour créer de vastes réseaux moléculaires dans des matériaux intelligents.

Cela peut sembler être un nouveau monde moléculaire courageux, mais Chin dit que cela ne devrait pas être effrayant.

"Les gens ont des préoccupations légitimes", accepte-t-il. "Il y a une double utilité à tout ce que nous inventons. Mais ce qui est important, c'est que nous ayons un débat sur ce que nous devrions et ne devrions pas faire. Et que ces expériences soient faites de manière bien contrôlée.»


Les biologistes créent les cellules artificielles les plus réalistes à ce jour

Aucun biologiste ne confondrait les "cellules" microscopiques que le biologiste chimiste Neal Devaraj et ses collègues sont en train de créer à l'Université de Californie à San Diego (UCSD), pour de vraies choses. Au lieu de la membrane lipidique qui enveloppe nos cellules, ces imitateurs cellulaires portent une couche de plastique - acrylate polymérisé. Et bien qu'ils abritent un compartiment semblable à un noyau contenant de l'ADN, il manque une membrane comme le noyau d'une vraie cellule, et ses principaux ingrédients sont des minéraux trouvés dans l'argile.

Pourtant, ces cellules fictives sont à la pointe de la technologie, "ce qui se rapproche le plus de la construction d'une cellule eucaryote synthétique fonctionnelle", explique la biologiste synthétique Kate Adamala de l'Université du Minnesota à Minneapolis, qui ne faisait pas partie des travaux. Comme de vraies cellules, les sphères peuvent envoyer des signaux protéiques à leurs voisines, déclenchant un comportement communautaire. Et comme Devaraj et son équipe l'ont révélé dans une prépublication récemment publiée sur le site bioRxiv, le "noyau" parle au reste de la cellule, libérant de l'ARN qui déclenche la synthèse de protéines. Les noyaux artificiels peuvent même répondre aux signaux d'autres imitateurs cellulaires. "C'est peut-être l'article le plus important en biologie synthétique cette année", a déclaré Adamala.

Les biologistes synthétiques ont de grands rêves pour les cellules artificielles. Par rapport aux structures synthétiques plus simples, telles que les liposomes qui sont déjà utilisés pour transporter certains médicaments dans le corps, ils pourraient être plus sensibles à leur environnement et effectuer une plus grande variété de tâches. À l'avenir, les cellules artificielles pourraient livrer des médicaments plus précisément à leurs cibles, traquer les cellules cancéreuses, détecter des produits chimiques toxiques ou améliorer la précision des tests de diagnostic. Des réseaux de cellules synthétiques en interaction pourraient former des tissus artificiels et des matériaux intelligents qui détectent et s'adaptent à leur environnement. Alors que les scientifiques s'efforcent de concevoir des fac-similés de cellules, ils peuvent également en apprendre davantage sur la façon dont la vie est née et ont surmonté certains des mêmes défis d'ingénierie.

L'exécution isolée de certaines fonctions d'une cellule, telles que la fabrication de protéines et la duplication d'ADN, ne suffira pas. « Si nous voulons développer des matériaux synthétiques, nous devons faire coopérer les différentes unités », déclare Devaraj. Les chercheurs avaient déjà conçu des cellules synthétiques capables de communiquer entre elles en échangeant des molécules relativement petites telles que les sucres et le peroxyde d'hydrogène. Cependant, note Devaraj, de nombreux signaux moléculaires dans notre corps, y compris l'hormone insuline et les cytokines qui stimulent nos cellules immunitaires, sont des protéines et sont généralement beaucoup plus gros.

Pour imiter une cellule plus semblable à une cellule, Devaraj et ses collègues se sont éloignés de la nature. Leurs dernières pseudocellules "ressemblent un peu à des cellules naturelles, mais elles sont constituées de matériaux complètement artificiels", explique la co-auteure Henrike Niederholtmeyer, biologiste synthétique à l'UCSD. Les chercheurs ont utilisé une puce en silicium avec des canaux microscopiques remplis de fluide pour extruder de minuscules gouttelettes contenant des matières premières telles que l'ADN, des minéraux d'argile et des molécules d'acrylate individuelles. La lumière ultraviolette et le traitement chimique ont incité une membrane poreuse à se former autour de chaque gouttelette. Dans le même temps, les minéraux et l'ADN à l'intérieur de la gouttelette se sont condensés en un gel ayant la texture d'une lentille de contact souple, créant une version du noyau, explique Devaraj.

Le résultat était une réplique cellulaire dotée de nouveaux pouvoirs de communication. Pour certaines expériences, l'équipe de Devaraj a équipé les noyaux des imitateurs cellulaires d'ADN qui code pour la protéine fluorescente verte (GFP). Ils ont également équipé certaines de leurs créations d'un piège, une bande d'ADN collante qui capture les molécules GFP. En ajoutant un mélange d'enzymes et d'autres éléments nécessaires à la synthèse des protéines, tels que les ribosomes, au liquide entourant les cellules ersatz, les chercheurs les ont activés. Cette machinerie moléculaire a traversé la membrane poreuse, lu l'information génétique dans le noyau et déclenché la synthèse de GFP.

Les scientifiques ont ensuite mélangé des imitateurs cellulaires conçus pour produire de la GFP avec des cellules réceptrices qui ne pouvaient pas fabriquer elles-mêmes le marqueur mais hébergeaient le piège à ADN pour la GFP. Après 2 heures, les cellules réceptrices adjacentes aux expéditeurs étaient allumées, indiquant qu'elles avaient capté le message GFP des voisins. Dans une expérience similaire, l'équipe a conçu des imitateurs qui ont libéré un signal protéique différent qui active la synthèse de GFP chez les receveurs. Comme de vraies cellules, ces imitateurs cellulaires pourraient communiquer avec leurs homologues proches et les stimuler à produire des protéines.

Les cellules d'imitation présentaient également un autre attribut réaliste appelé quorum sensing, dans lequel le comportement des cellules change une fois qu'elles deviennent suffisamment abondantes. Cette capacité a été mise en lumière lorsque les chercheurs ont testé des solutions contenant différentes densités d'imitations cellulaires, qui ont toutes libéré l'activateur de la synthèse de la GFP et pourraient également produire de la GFP lorsqu'elles sont déclenchées. Si une solution ne contenait que quelques-unes des cellules synthétiques, presque aucune ne virait au vert. Après avoir atteint un seuil de densité, cependant, presque tous se sont allumés. Avant de pouvoir commencer à produire de la GFP, les cellules artificielles ont apparemment besoin d'absorber une certaine quantité minimale de la protéine activatrice de leur environnement.

Les imitateurs de cellules sont résistants et restent intacts après 2 ans au congélateur. Leur durabilité peut en faire de bons capteurs environnementaux, l'une des nombreuses applications pour les structures que l'équipe de l'UCSD explore actuellement. Et Devaraj et ses collègues espèrent doter ces cellules ou d'autres cellules synthétiques de la capacité de croître et de se diviser.

Le bioingénieur Yuval Elani de l'Imperial College de Londres est impressionné par la conception des imitateurs de cellules. "Le concept d'utilisation de ces composants non biologiques est puissant." Mais les composants artificiels pourraient aussi être un inconvénient pour les applications, note-t-il, s'ils s'avèrent incompatibles avec les composants « naturels » constituant les cellules artificielles que d'autres chercheurs développent.


Comment le code génétique est dépensé

Tout d'abord, les chercheurs ont synthétisé chimiquement des centaines de nucléotides uniques en laboratoire. Les nouvelles lettres génétiques sont ensuite vérifiées pour leurs capacités à s'apparier sélectivement.

« Et après environ 15 ans de travail, nous en avons trouvé deux qui se mariaient très bien, au moins dans un tube à essai. Ils ont des noms compliqués, mais appelons-les X et Y. ajouta le Dr Romesberg.

La deuxième étape consiste à trouver un moyen approprié d'insérer ces bases X et Y dans les cellules cibles. Découvrez également que la protéine exprimée par les bases non naturelles fonctionne de la même manière dans les bactéries que dans les algues, etc.


Scientifiques : de l'ADN artificiel pour créer une souche semi-synthétique de bactéries

Publié par : Lauran Nergaard 21 décembre 2017

Les scientifiques élargissent le code génétique de la vie, en utilisant de l'ADN artificiel pour créer une souche de bactéries semi-synthétique – et de nouvelles recherches montrent que ces microbes altérés ont en fait travaillé pour produire des protéines différentes de celles trouvées dans la nature.

C'est une étape vers le développement de drogues de synthèse.

L'une des premières leçons de biologie au lycée : toute vie est composée de quatre éléments constitutifs de l'ADN connus par les lettres A, T, C et G. Jumelés, ils forment les barreaux de l'ADN en forme d'échelle. Maintenant, il y a un nouvel échelon sur cette échelle.

Une équipe du Scripps Research Institute de La Jolla, en Californie, a élargi l'alphabet génétique, créant deux « lettres » d'ADN artificielles appelées X et Y. Il y a quelques années, les chercheurs ont préparé un type de bactérie E. coli couramment utilisé en laboratoire. recherche qui contenait à la fois de l'ADN naturel et cette nouvelle paire de bases artificielles, stockant des informations génétiques supplémentaires à l'intérieur des cellules.

Le prochain défi : l'ADN normal contient le codage des cellules pour former des protéines qui font le travail de la vie. Les cellules portant cet hybride génomique étrange pourraient-elles fonctionner de la même manière ?

Effectivement, les cellules altérées sont devenues vertes alors qu'elles produisaient une protéine fluorescente contenant des acides aminés non naturels, ont rapporté mercredi des chercheurs dans la revue Nature.

"Nous pouvons fabriquer des protéines qui sont constituées de plus de choses qu'elles ne le sont normalement", a expliqué Floyd Romesberg, chimiste de Scripps, qui dirige le projet.

Alors que la programmation des germes verts a offert la preuve que l'approche peut fonctionner, finalement "nous aimerions obtenir des protéines qui font de nouvelles choses", a-t-il déclaré.

C'est un objectif ultime dans le domaine de la biologie synthétique - concevoir des organismes qui fonctionnent différemment de la façon dont la nature l'a prévu afin que les scientifiques puissent les exploiter pour créer des médicaments de synthèse, des biocarburants ou une gamme d'autres produits. La technologie de Scripps a été concédée sous licence par une société de biotechnologie cofondée par Romesberg, Synthorx Inc., qui vise à fabriquer de nouveaux médicaments à base de protéines.


Des scientifiques utilisent de l'ADN artificiel pour créer une vie semi-synthétique

Le plan directeur des organismes, mieux connu sous le nom d'ADN, est composé de quatre bases, à savoir l'adénine, la guanine, la cytosine et la thymine (A, G, C et T). Ces bases chimiques qui stockent l'information génétique constituent des codons de trois bases, où les chaînes de codons sont interprétées par la machinerie cellulaire. Cette information aboutit à la formation de chaînes d'acides aminés qui se transforment plus tard en protéines et remplissent diverses fonctions spécialisées. Le but de la biologie synthétique est de créer des bases artificielles et de faire progresser les systèmes d'acides nucléiques dans les organismes vivants.

Récemment, Floyd Romesberg du Scripps Research Institute de La Jolla, en Californie, et ses collègues ont révélé un organisme modifié qu'ils ont développé et qui incorpore à la fois des éléments naturels et artificiels. ADN utilisant de nouvelles bases X et Y, capables de créer des protéines synthétiques entièrement nouvelles. Ils ont publié leur étude dans la revue Nature.

Dans l'étude, l'organisme a été chargé de fabriquer une version modifiée de la protéine fluorescente verte (GFP), qui est largement utilisée dans la recherche. Cela a été choisi pour des raisons de commodité, car il était facile de mesurer la quantité de protéine produit, a déclaré Romesberg. Dans une expérience, ils ont démontré qu'un codon artificiel pouvait être utilisé pour insérer une seule molécule d'un acide aminé naturel dans la GFP. Dans la deuxième expérience, ils ont essayé d'insérer un acide aminé artificiel, suivi d'un second, dans la GFP. Les acides aminés artificiels qu'ils utilisaient ressemblaient à des acides aminés naturels, mais ils portaient un groupe chimique supplémentaire, ce qui a permis aux chercheurs de les identifier. Dans les deux cas, ils ont observé que plus de 95 % de la protéine produite par la bactérie contenait la brique synthétique en question.

« C'est la première fois qu'une cellule traduit une protéine utilisant autre chose que G, C, A ou T », a déclaré Romesberg. « La bactérie améliorée utilise son ADN synthétique pour fabriquer des acides aminés avec la même efficacité que l'ADN naturel ». C'est un objectif vers lequel Romesberg travaille depuis 20 ans. Cependant, la création de nouvelles formes de vie n'est pas l'essentiel. Romesberg souhaite utiliser cet alphabet génétique élargi pour créer de nouveaux types de protéines pouvant être utilisées pour traiter des maladies.

L'élargissement de l'alphabet ADN de quatre lettres à six lui permet de coder pour beaucoup plus d'acides aminés. L'espoir est qu'un jour cette méthode puisse être utilisée pour fabriquer de nouveaux médicaments, polymères ou catalyseurs. Les protéines fabriquées à partir d'ingrédients synthétiques pourraient être plus facilement modifiées pour avoir des propriétés thérapeutiques souhaitables, telles qu'une durée de vie plus longue ou plus puissante que les protéines naturelles.

Romesberg est conscient que la création d'organismes semi-synthétiques pourrait soulever des inquiétudes quant à la propagation des formes de vie hybrides au-delà du laboratoire, mais le système qu'ils ont utilisé rend une telle évasion peu probable. En effet, les bases artificielles ne peuvent pas se lier aux bases naturelles. Et de plus, parce que les cellules ne peuvent pas faire leurs propres X et Y sans l'ajout de certains produits chimiques , ces organismes semi-synthétiques ne peuvent pas vivre en dehors d'un laboratoire.

Romesberg espère ensuite étendre le vocabulaire génétique de la bactérie. Synthorx, une entreprise dérivée de Scripps Research, a été formée à San Diego pour commercialiser la découverte. Elle s'apprête désormais à lancer le développement de médicaments, à commencer par le cancer ou les maladies auto-immunes.

Zhang, Y. et al. (2017). Un organisme semi-synthétique qui stocke et récupère des informations génétiques accrues. Nature 551, 644-647.


Le premier organisme vivant au monde avec un ADN entièrement repensé créé

Les scientifiques ont créé le premier organisme vivant au monde doté d'un code ADN entièrement synthétique et radicalement modifié.

Le microbe fabriqué en laboratoire, une souche de bactérie que l'on trouve normalement dans le sol et l'intestin humain, est similaire à ses cousins ​​​​naturels, mais survit grâce à un plus petit ensemble d'instructions génétiques.

L'existence du bogue prouve que la vie peut exister avec un code génétique restreint et ouvre la voie à des organismes dont la machinerie biologique est réquisitionnée pour fabriquer des médicaments et des matériaux utiles, ou pour ajouter de nouvelles fonctionnalités telles que la résistance aux virus.

Au cours d'un effort de deux ans, des chercheurs du Laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council à Cambridge ont lu et repensé l'ADN de la bactérie. Escherichia coli (E. coli), avant de créer des cellules avec une version synthétique du génome modifié.

Le génome artificiel contient 4 m de paires de bases, les unités du code génétique énoncées par les lettres G, A, T et C. Imprimé en entier sur des feuilles A4, il compte 970 pages, faisant de loin le génome le plus volumineux que les scientifiques aient jamais construit.

"Il n'était absolument pas clair s'il était possible de créer un génome aussi grand et s'il était possible de le changer autant", a déclaré Jason Chin, un expert en biologie synthétique qui a dirigé le projet.

L'ADN enroulé à l'intérieur d'une cellule contient les instructions dont il a besoin pour fonctionner. Lorsque la cellule a besoin de plus de protéines pour se développer, par exemple, elle lit l'ADN qui code la bonne protéine. Les lettres d'ADN sont lues en trios appelés codons, tels que TCG et TCA.

Presque toute la vie, des méduses aux humains, utilise 64 codons. Mais beaucoup d'entre eux font le même travail. Au total, 61 codons fabriquent 20 acides aminés naturels, qui peuvent être enfilés comme des perles sur une ficelle pour construire n'importe quelle protéine dans la nature. Trois autres codons sont en fait des signes d'arrêt : ils indiquent à la cellule quand la protéine est prête, comme le point marquant la fin de cette phrase.

Le nouvel organisme synthétique, Escherichia coli Syn61, sur des assiettes. Photographie : document à distribuer

L'équipe de Cambridge a entrepris de reconcevoir le E coli génome en supprimant certains de ses codons superflus. Travaillant sur un ordinateur, les scientifiques ont analysé l'ADN du bogue. Chaque fois qu'ils rencontraient le TCG, un codon qui fabrique un acide aminé appelé sérine, ils le réécrivaient en AGC, qui fait le même travail. Ils ont remplacé deux autres codons de la même manière.

Plus de 18 000 modifications plus tard, les scientifiques avaient supprimé chaque occurrence des trois codons du génome du bogue. Le code génétique repensé a ensuite été synthétisé chimiquement et, morceau par morceau, ajouté à E coli où il a remplacé le génome naturel de l'organisme. Le résultat, rapporté dans Nature, est un microbe avec un code ADN complètement synthétique et radicalement modifié. Connu sous le nom de Syn61, le bogue est un peu plus long que la normale et se développe plus lentement, mais survit néanmoins.

"C'est assez incroyable", a déclaré Chin. Lorsque l'insecte a été créé, peu avant Noël, l'équipe de recherche a fait prendre une photo en laboratoire avec une plaque des microbes comme personnage central d'une reconstitution de la crèche.

De telles formes de vie de créateurs pourraient être utiles, estime Chin. Parce que leur ADN est différent, les virus envahisseurs auront du mal à se propager à l'intérieur d'eux, les rendant en fait résistants aux virus. Cela pourrait apporter des avantages. E coli est déjà utilisé par l'industrie biopharmaceutique pour fabriquer de l'insuline pour le diabète et d'autres composés médicaux pour le cancer, la sclérose en plaques, les crises cardiaques et les maladies oculaires, mais des cycles de production entiers peuvent être gâchés lorsque les cultures bactériennes sont contaminées par des virus ou d'autres microbes. Mais ce n'est pas tout : dans les travaux futurs, le code génétique libéré pourrait être réutilisé pour que les cellules produisent des enzymes, des protéines et des médicaments de conception.

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En 2010, des scientifiques américains ont annoncé la création du premier organisme au monde doté d'un génome synthétique. L'insecte, Mycoplasme mycoïde, a un génome plus petit que E coli – environ 1 m de paires de bases – et n'a pas été radicalement repensé. Commentant les derniers travaux, Clyde Hutchison, du groupe de recherche américain, a déclaré: "Cette échelle de remplacement du génome est plus grande que tout remplacement complet du génome rapporté jusqu'à présent."

"Ils ont porté le domaine de la génomique synthétique à un nouveau niveau, non seulement en construisant avec succès le plus grand génome synthétique jamais réalisé à ce jour, mais aussi en apportant le plus de changements de codage à un génome jusqu'à présent", a déclaré Tom Ellis, chercheur en biologie synthétique à l'Imperial. Collège de Londres.

Mais les records peuvent ne pas tenir longtemps. Ellis et d'autres construisent un génome synthétique pour la levure de boulanger, tandis que les scientifiques de Harvard créent des génomes bactériens avec plus de changements de codage. Que le repensé E coli ne pousse pas aussi bien que les variétés naturelles n'est pas surprenant, a ajouté Ellis. "C'est surprenant qu'il grandisse après tant de changements", a-t-il déclaré.

Cet article a été modifié le 17 mai 2019. L'original décrivait à tort le Laboratoire de biologie moléculaire comme faisant partie de l'Université de Cambridge.


Cellules minimales semi-synthétiques comme outil pour les TIC biochimiques

Les systèmes biologiques ont évolué avec la capacité de communiquer avec leur environnement biotique grâce à la signalisation chimique. La production, la perception et le décodage de l'information véhiculée par les molécules de signal permettent aux individus d'une communauté d'interagir, de coopérer et de coordonner leurs activités, établissant des comportements sociaux complexes. Dans cet article, nous spéculons sur l'opportunité d'utiliser des cellules minimales semi-synthétiques (SSMC) en tant qu'entités artificielles capables de communiquer, en traitant des informations biochimiques, avec des systèmes naturels. Les SSMC sont des assemblages moléculaires de type cellulaire à base de liposomes conçus pour afficher des fonctions cellulaires minimales, telles que la transcription et la traduction de gènes. Les progrès technologiques de ces dernières années ont conduit à la production réussie de protéines fonctionnelles dans les SSMC ouvrent la possibilité de générer des systèmes de type cellulaire semi-synthétiques exprimant l'appareil biochimique pour la production, la perception et le décodage des molécules de signal. La variété des « langages » chimiques évolutifs sélectionnés par les bactéries pour communiquer offre un large spectre d'opportunités biochimiques exploitables pour atteindre cet objectif dans un futur proche. Plus généralement, les conséquences découlant de la construction de systèmes synthétiques capables de communiquer avec des organismes vivants naturels auraient un impact considérable sur les applications de la biologie synthétique et des technologies de l'information et de la communication (TIC) basées sur la biochimie dans les sciences médicales, par exemple pour les programmes intelligents et les médicaments. -systèmes de production.


Comment l'ADN plasmidique pénètre-t-il les membranes cellulaires dans le processus de transformation artificielle d'Escherichia coli ?

La transformation artificielle d'Escherichia coli avec de l'ADN plasmidique en présence de CaCl2 est une technique largement utilisée dans la technologie de l'ADN recombinant. Cependant, le mécanisme exact du transfert d'ADN à travers les membranes cellulaires est largement obscur. Dans cette étude, les mesures des anisotropies à l'état d'équilibre et résolues dans le temps du colorant fluorescent triméthyl ammonium diphényl hexatriène (TMA-DPH), lié à la membrane externe cellulaire, ont indiqué l'étape d'impulsion thermique (0 degrés C42 degrés C) de la procédure de transformation standard. avait considérablement réduit la fluidité de la membrane externe des cellules. La diminution de la fluidité a été causée par la libération de lipides de la surface cellulaire vers le milieu extracellulaire. Un choc froid ultérieur (42 degrés C0 degrés C) aux cellules a augmenté la fluidité davantage à sa valeur d'origine et cela a été causé par la libération de protéines membranaires dans le milieu extracellulaire. Lorsque le cycle d'étapes d'impulsion thermique et de choc froid a été répété, une plus grande libération de lipides et de protéines a eu lieu respectivement, ce qui a finalement amélioré l'efficacité de la transformation progressivement jusqu'au troisième cycle. L'étude de la surface cellulaire compétente au microscope à force atomique a montré que la libération de lipides avait formé des pores sur la surface cellulaire. De plus, l'étape d'impulsion thermique a presque dépolarisé la membrane interne cellulaire. Dans cette communication, nous proposons que l'étape d'impulsion thermique ait eu deux rôles importants sur l'entrée de l'ADN : (a) libération de lipides et formation conséquente de pores à la surface cellulaire, qui ont aidé l'ADN à traverser la barrière membranaire externe, et (b) abaissement du potentiel membranaire. , ce qui a permis à l'ADN de traverser la membrane interne d'E. coli.