Au moins depuis que le dernier ancêtre commun de tous les êtres vivants est apparu sur Terre il y a environ 3,5 milliards d'années, les informations génétiques sont stockées dans un alphabet à quatre lettres, qui est distribué et lu sous la forme de deux paires de bases. Il s'agit de quatre bases azote-carbone-hydrogène: l'adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). En raison de leur composition chimique, ils se lient aux paires de bases dans un ordre strict qui ne permet pas d'options: uniquement AT et C-G. Dans un tel système quaternaire, toute vie sur Terre est codée.
Le principal objectif de la biologie synthétique en tant que science est la création de nouvelles formes de vie et de nouvelles fonctions dans les organismes existants. La manière logique d'atteindre cet objectif est le développement d'organismes semi-synthétiques avec un ensemble élargi de paires de bases. En plus des quatre bases de la faune, elles peuvent contenir une paire de bases synthétiques, formant une troisième paire de bases artificielles: XY.
Les tentatives précédentes pour créer un tel organisme semi-synthétique ont
atteint leur apogée en 2016 . Ensuite, les généticiens ont réussi à développer une souche d'
Escherichia coli , qui a extrait les triphosphates synthétiques nécessaires de l'environnement et les a utilisés pour répliquer des plasmides avec une base synthétique. Ce fut le premier cas de réplication d'ADN semi-synthétique, mais un tel organisme semi-synthétique n'était toujours pas complètement complet. Il ne suffit pas de simplement stocker et transférer la paire de bases synthétiques. Pour être utile, elle doit être pleinement fonctionnelle, c'est-à-dire capable d'exprimer finalement des protéines par l'ARN. Et ce seront des protéines, qu'aucune forme de vie naturelle dans le système quaternaire n'est capable de créer.
Aujourd'hui, les biologistes du Scripps Research Institute sont allés plus loin. Ils ont
créé une bactérie semi-synthétique à part entière (illustrée ci-dessus), qui transcrit la paire de bases artificielles en ARNm avec deux codons synthétiques et ARNt avec des anticodons synthétiques apparentés - et les décode efficacement dans le ribosome pour incorporer des acides aminés naturels ou non canoniques dans la protéine fluorescente «superfolder GFP» ( sfGFP).
Dans ce cas, le sfGFP a été utilisé simplement à des fins de démonstration; il s'agit d'un marqueur traditionnel utilisé dans la recherche génétique. Théoriquement, une bactérie peut coder pour d'autres acides aminés.
"Il s'agit du plus petit changement que nous puissions apporter au mécanisme du travail de la nature - mais c'est la première fois", a commenté le professeur Floyd Romesberg du Scripps Research Institute, l'un des principaux auteurs de travaux scientifiques.
La structure chimique des paires de bases synthétiques et naturelles est indiquée en haut de l'illustration (a). Ce qui suit est une représentation schématique d'une cassette de gène qui est utilisée pour exprimer des séquences semi-synthétiques. Dans les graphiques c et d, respectivement, la fluorescence et la croissance des cellules exprimant la sfGFP et l'ARNt semi-synthétique. Enfin, en bas à gauche est un Western blot de lysats obtenus à partir de la dernière génération de ces cellules montrés aux marques d'extrême droite des graphiques c et d, et l'abondance relative des acides aminés S, I / L et N des cellules semi-synthétiques est montrée à droiteSelon les scientifiques, les résultats obtenus indiquent que des processus autres que la liaison hydrogène peuvent participer à chaque étape de stockage et d'extraction d'informations génétiques. Il s'est avéré que l'absence de liaisons hydrogène dans les paires de bases ne dérange pas vraiment les cellules: la propagation de l'ADN semi-synthétique se produit toujours avec beaucoup de succès.
En d'autres termes, la vie qui nous entoure n'est probablement pas la seule possible d'un point de vue chimique. Il se trouve que toute vie sur Terre est formée précisément à partir d'un tel échantillon, mais elle n'est pas unique du tout.
Ainsi, l'organisme semi-synthétique résultant est simultanément capable à la fois de coder des informations génétiques supplémentaires et de les extraire pour utilisation. «Je n'appellerais pas cela une nouvelle forme de vie», dit Romsberg, «mais c'est la plus proche d'une nouvelle forme de vie que quiconque ait jamais réussi à faire. Pour la première fois, une cellule a diffusé une protéine en utilisant autre chose que G, C, A ou T. »
Les quatre bases naturelles de l'ADN sont capables de coder seulement 20 acides aminés, donc toutes les formes de vie sur Terre sont limitées exclusivement à ces protéines. En utilisant la troisième paire de bases - synthétique - le corps est capable de coder jusqu'à 152 nouveaux acides aminés.
Selon les chercheurs, cet organisme devrait être considéré comme une plateforme pour créer de nouvelles formes de vie et de nouvelles fonctions. Théoriquement, de nouvelles formes de vie qui existent dans le système hexadécimal peuvent ouvrir des possibilités complètement nouvelles en médecine et en pharmacologie, aider à la création de nouveaux médicaments.
Synthorx, Inc., une société américaine spécialisée dans la recherche de nouveaux médicaments utilisant les paires de bases synthétiques X et Y
Les scientifiques notent que la forme de vie semi-synthétique qu'ils ont créée et qui lui sont similaires ne pourra pas vivre à l'extérieur des murs du laboratoire, car pour la reproduction des bases X et Y dans la solution doivent être présents les produits chimiques appropriés.
L'article scientifique a été
publié le 30 novembre 2017 dans la revue
Nature (doi: 10.1038 / nature24659,
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