La biologie synthétique, un domaine futuriste

On en a eu des révolutions technologiques jusqu’à ce jour… Des premières armes de pierre aux nanotechnologies, systèmes de communication, robotique et smartphone, le saut est gigantesque. Mais quel sera le prochain pas que l’humain franchira?

En biologie synthétique, on travaille surtout avec des micropipettes au laboratoire.

En biologie synthétique, il faut compter un grand nombre d’heures de travail en laboratoire! (Image: kovalvs/CanStockPhoto)

Séquençage de l’ADN

Depuis les années 2000, le domaine de la biologie synthétique a le vent en poupe. Le début du séquençage a ouvert un nombre de portes incroyable au monde infiniment petit du génome. L’ADN étant à la base de tout organisme vivant, il devient maintenant possible de comprendre la cause de beaucoup de maladies, rien qu’en observant les séquences de ce mystérieux alphabet de 4 lettres «A, T, G et C». Ces séquences sont à la base de nos protéines qui composent nos cellules. L’organisation complexe de 100'000 milliards de cellules forme ensuite un corps humain, soit plus de 14'000 fois plus que d’habitants sur Terre!

L’organisme vivant: une machine incroyablement complexe!

De la plus petite bactérie à l’énorme éléphant, il faut voir chaque organisme vivant comme une machine extrêmement complexe, formée de minuscules engrenages reliés les uns aux autres (protéines, hormones, éléments chimiques, etc.). Par exemple, après avoir subi une grande peur, ton cerveau envoie instantanément un tas de messages à travers le corps pour le préparer à affronter le danger. Chaque message déclenche un «engrenage», comme l’accélération du rythme cardiaque pour qu’il y ait plus de sang dans tes muscles et la dilatation des bronches afin de respirer plus vite. La biologie synthétique cherche à comprendre ces engrenages au niveau du génome, déterminer ce qui les provoque pour les utiliser dans bien des domaines!

Comprendre en construisant

Mais comment faire pour comprendre des mécanismes aussi petits et rapides? On ne peut pas filmer l’intérieur d’une cellule pour espionner ce qui s’y passe… Le principe de la biologie synthétique est de comprendre en construisant. Bactéries et levures sont les cobayes préférés des chercheurs, pour leur facilité de manipulation et leur rapide renouvellement (en conditions idéales une bactérie se dédouble en 20 minutes). Il suffit de rajouter de petites chaînes d‘ADN à l’intérieur de ces organismes et d’observer les changements que cela entraîne. C’est ainsi par exemple que l’on a fabriqué la plupart des organismes génétiquement modifiés (OGM) utilisés dans l’agriculture. Cela a aussi permis de découvrir de nouveaux médicaments, des moyens de détecter des polluants et de produire de l’énergie. De nos jours, la biologie synthétique va plus loin: les chercheurs ne se contentent plus d’ajouter des morceaux d’ADN à un génome existant, ils visent à le reconstruire entièrement de manière artificielle.

Où en est-on maintenant?

En 2010, l’équipe du biologiste américain Craig Venter arriva au bout d’un défi de taille: la création d’une bactérie dont le génome est entièrement construit par les humains! Habituellement, la création d’une nouvelle cellule n’est possible qu’à partir d’une autre cellule, cette dernière se dédoublant pour en donner une nouvelle. Mais dans ce cas, le génome d’une cellule hôte a été remplacé par celui fabriqué artificiellement, aboutissant à une cellule fonctionnelle. Construire un génome de toutes pièces, c’est comme assembler les pièces d’un énorme puzzle. Cette découverte ouvre beaucoup de portes à des projets futurs: si l’on arrive à reconstituer le génome d’un organisme, pourquoi ne pas en construire un avec des fonctions qui nous intéressent? Parmi les projets des chercheurs, on trouve des algues capables de capturer du CO2et de le transformer en quelque chose de moins problématique ou des bactéries purifiant l’eau.

Cette année, un pas de plus a été franchi dans cette direction: après le génome d’une bactérie, c’est un chromosome de cellule eucaryote qui a été synthétisé par Jef Boeke et son équipe! La cellule en question est la levure du boulanger, Saccharomyces cerevisiae, qui possède 16 chromosomes. Le défi est d’autant plus impressionnant que le génome en question est bien plus grand que celui d’une bactérie. Cette découverte est très prometteuse pour le futur, le chromosome de levure n’ayant pas seulement été reproduit mais amélioré pour faciliter le travail des chercheurs. D’ici trois à cinq ans, ils ambitionnent de fabriquer une levure avec un génome entièrement synthétique.

Vidéo: Cellules de levure vues au microscope, agrandies 800 fois. (Tommy Frank)

La biologie synthétique n’a pas fini de révolutionner le monde des technologies: elle fonde beaucoup d’espoir dans des domaines tels que la santé, l’écologie et les énergies. En ce moment même, des milliers de chercheurs sont en quête de traitements contre le cancer, de bactéries aux pouvoirs détoxifiants… Le monde futuriste et infiniment petit du génome n’a pas fini de nous impressionner!

 

Texte: Rédaction SimplyScience
Sources principales: «Un généticien crée la première cellule vivante synthétique», Le Monde.fr, 21 mai 2010; «Sc2.0, la première levure dotée d’un chromosome artificiel», Le Monde.fr, 27 mars 2014; Articles originaux publiés dans Science (en anglais): bactérie et levure; Article wikipedia sur la biologie synthétique.

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