Des scientifiques britanniques ont réalisé un chromosome synthétique pour le premier génome synthétique de levure, marquant une avancée majeure dans la biologie synthétique avec de vastes implications pour la médecine, la bioénergie et la biotechnologie.
Une équipe de scientifiques du Royaume-Uni, comprenant d’éminents experts de l’Université de Nottingham et de l’Imperial College de Londres, a réussi à construire un chromosome synthétique. Cette réalisation constitue une étape importante dans une initiative internationale majeure visant à créer le premier génome synthétique de levure au monde.
L’ouvrage, publié dans Génomique cellulaire, représente l’achèvement de l’un des 16 chromosomes du génome de la levure par l’équipe britannique, qui fait partie du plus grand projet jamais réalisé en biologie synthétique ; la collaboration internationale sur le génome synthétique de la levure.
La collaboration, connue sous le nom de « Sc2.0 », est un projet de 15 ans impliquant des équipes du monde entier (Royaume-Uni, États-Unis, Chine, Singapour, Royaume-Uni, France et Australie), travaillant ensemble pour créer des versions synthétiques de toutes les levures. chromosomes. Parallèlement à cet article, 9 autres publications sont également publiées aujourd’hui par d’autres équipes décrivant leurs chromosomes synthétiques. L’achèvement final du projet sur le génome – le plus grand génome synthétique jamais réalisé – est attendu l’année prochaine.
Avancement et importance du projet
Cet effort est le premier à construire un génome synthétique d’un eucaryote – un organisme vivant doté d’un noyau, comme les animaux, les plantes et les champignons. La levure était l’organisme de choix pour le projet car elle possède un génome relativement compact et la capacité innée de suturer ADN ensemble, permettant aux chercheurs de construire des chromosomes synthétiques dans les cellules de levure.
Les humains ont une longue histoire avec la levure, l’ayant domestiquée pour la pâtisserie et le brassage pendant des milliers d’années et, plus récemment, l’utilisant pour la production chimique et comme organisme modèle pour le fonctionnement de nos propres cellules. Cette relation signifie que nous en savons plus sur la génétique de la levure que sur tout autre organisme. Ces facteurs ont fait de la levure la candidate évidente.
L’équipe basée au Royaume-Uni, dirigée par le Dr Ben Blount du Université de Nottingham et le professeur Tom Ellis à collège impérial de Londres, ont maintenant signalé l’achèvement de leur chromosome, le chromosome synthétique XI. Le projet de construction du chromosome a duré 10 ans et la séquence d’ADN construite se compose d’environ 660 000 paires de bases, qui sont les « lettres » qui composent le code ADN.
Le chromosome synthétique a remplacé l’un des chromosomes naturels d’une cellule de levure et, après un processus de débogage minutieux, permet désormais à la cellule de croître avec le même niveau de forme physique qu’une cellule naturelle. Le génome synthétique aidera non seulement les scientifiques à comprendre le fonctionnement des génomes, mais il aura également de nombreuses applications.
Plutôt que d’être une copie directe du génome naturel, le génome synthétique Sc2.0 a été conçu avec de nouvelles fonctionnalités qui confèrent aux cellules de nouvelles capacités que l’on ne trouve pas dans la nature. L’une de ces fonctionnalités permet aux chercheurs de forcer les cellules à mélanger leur contenu génétique, créant ainsi des millions de versions différentes des cellules avec des caractéristiques différentes. Les individus peuvent ensuite être sélectionnés avec des propriétés améliorées pour un large éventail d’applications en médecine, en bioénergie et en biotechnologie. Le processus est effectivement une forme d’évolution survoltée.
Applications et potentiel futur
L’équipe a également montré que son chromosome peut être réutilisé comme un nouveau système pour étudier les ADN circulaires extrachromosomiques (eccDNA). Il s’agit de cercles d’ADN flottants qui ont « bouclé » le génome et sont de plus en plus reconnus comme des facteurs de vieillissement et comme une cause de croissance maligne et de résistance aux médicaments chimiothérapeutiques dans de nombreux cancers, y compris les tumeurs cérébrales dues au glioblastome.
Le Dr Ben Blount, l’un des principaux scientifiques du projet, est professeur adjoint à la Faculté des sciences de la vie de l’Université de Nottingham. Il a déclaré : « Les chromosomes synthétiques constituent en eux-mêmes des avancées techniques considérables, mais ils ouvriront également la voie à un large éventail de nouvelles capacités dans la manière dont nous étudions et appliquons la biologie. Cela pourrait aller de la création de nouvelles souches microbiennes pour une bioproduction plus verte à la compréhension et à la lutte contre les maladies.
« Le projet du génome synthétique de la levure est un exemple fantastique de science à grande échelle réalisée par un grand groupe de chercheurs du monde entier. Ce fut une expérience formidable de faire partie d’un effort aussi monumental, où toutes les personnes impliquées s’efforçaient d’atteindre le même objectif commun.
Le professeur Tom Ellis du Centre de biologie synthétique et du Département de bioingénierie de l’Imperial College de Londres a déclaré : « En construisant un chromosome redessiné d’un télomère à l’autre et en montrant qu’il peut très bien remplacer un chromosome naturel, le travail de notre équipe établit les bases de la conception. et fabriquer des chromosomes synthétiques et même des génomes pour des organismes complexes comme les plantes et les animaux.
Outre les dirigeants de Nottingham et de l’Imperial College de Londres, l’équipe britannique comprend également des scientifiques des universités d’Édimbourg, de Cambridge et de Manchester au Royaume-Uni, ainsi que de l’Université John Hopkins et L’Université de New York Langone Health aux États-Unis et Universidad Nacional Autónoma de México, Querétaro au Mexique.
Les travaux ont été financés par le BBSRC.
