Les scientifiques se demandent depuis longtemps: peuvent-ils créer une forme de vie synthétique à part entière? Le biologiste Anthony José a introduit le concept de code cellulaire, dont la connaissance est nécessaire pour obtenir un organisme artificiel.
À l'heure actuelle, les chercheurs commencent à peine à produire des formes de vie artificielles en réassemblant les génomes de micro-organismes unicellulaires. En particulier, en mars de l'année dernière, un article est paru dans l'une des publications spécialisées dans lequel les scientifiques décrivent le processus de création d'une bactérie mycoplasme avec le minimum de gènes possible. Pour obtenir le résultat souhaité, les scientifiques ont alternativement inséré des fragments du génome modifié, qui faisait presque la moitié de la taille de l'original, dans la cellule receveuse avec l'ADN détruit.
Cette année, des chercheurs américains de l'Université Johns Hopkins ont réussi à obtenir une levure avec des chromosomes artificiels, à partir de laquelle des gènes inutiles et défectueux ont été retirés. De plus, les scientifiques ont réussi à briser le code génétique en changeant les triplets des protéines TAG en TAA. Pour cette raison, les organismes se sont débarrassés du fragment supplémentaire qui servait les codons TAG.
Alors que certains chercheurs tentent de créer des organismes unicellulaires exempts de débris génétiques, en même temps, d'autres scientifiques tentent de modifier la façon dont les protéines sont codées par une séquence d'ADN. Pour le moment, les progrès dans cette direction sont plus que modestes. Le peu qui a été fait est de diversifier l'alphabet ADN. Plusieurs lettres ont été ajoutées aux quatre lettres nucléotidiques déjà existantes. L'un des articles scientifiques décrit comment un groupe international de chercheurs a réussi à insérer des nucléotides artificiels Y, X dans le génome d'E. Coli. tout en développant avec succès.
Cependant, ce n'est que le premier pas vers un organisme artificiel à part entière. Dans l'étape suivante, les scientifiques ont l'intention de forcer les nucléotides artificiels à coder les acides aminés. Chez E. coli, les protéines synthétiques Y, X ont été placées dans une partie sûre du génome, en dehors des séquences codantes des gènes. Sinon, les nouveaux peptides perturberaient simplement le processus de synthèse des protéines. La cellule ne saurait tout simplement pas de quel acide aminé tel ou tel codon (YGC ou ATX) était responsable. Les biologistes doivent encore créer un nouvel ARN de transport capable de reconnaître de tels triplets et d'insérer un certain acide aminé dans la séquence peptidique en croissance.
Mais même dans de telles conditions, un tel organisme peut difficilement être qualifié d'artificiel. Dans le même temps, les scientifiques comprennent quelles seront leurs prochaines actions. Un organisme synthétique recevra non seulement de nouveaux nucléotides, mais également de nouveaux acides aminés, qui ne se produisent pas du tout ou sont extrêmement rares à l'intérieur de la cellule. Les scientifiques savent bien que tous les triplets de nucléotides sont codés par seulement vingt acides aminés standard. Certains autres acides aminés, y compris la sélénocystéine, peuvent être incorporés dans la protéine sous certaines conditions. Grâce aux lettres supplémentaires du code génétique, il sera possible d'enrichir la protéine et de former des codons qui correspondront aux nouveaux acides aminés.
Malgré le fait que la biologie synthétique ait fait quelques progrès, les chercheurs ne savent toujours pas exactement quelles informations sont importantes pour obtenir un organisme avec les caractéristiques données. La séquence d'ADN n'est qu'un point de départ. Toutes les cellules d'une plante ou d'un animal contiennent le même génome, mais au cours du développement des organismes, les cellules sont délimitées, en d'autres termes, elles remplissent des fonctions différentes. Dans ce processus, la régulation secondaire (dite épigénétique) joue un rôle important, au cours de laquelle certains gènes sont désactivés ou activés par des composés. En fin de compte, une cellule peut se transformer en fibroblaste et l'autre en neurone.
Anthony José, biologiste à l'Université du Maryland, étudie comment les informations non génétiques définissent un organisme. Le chercheur a proposé le concept d'un code cellulaire, qui est enfermé dans des molécules biologiques situées dans un espace tridimensionnel. Ces molécules sont nécessaires pour recréer le reste de l'organisme. Pour stocker ces informations, toutes les cellules d'un organisme complexe ne sont pas nécessaires; plusieurs ou même une cellule suffiront. Pour les organismes qui se reproduisent sexuellement, un tel référentiel est le zygote (il s'agit d'une cellule qui se forme après la fécondation d'un gamète femelle avec un sperme).
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Selon le chercheur, pour déchiffrer le code cellulaire, il est nécessaire d'étudier tout le cycle de reconstruction de l'organisme. En d'autres termes, il est nécessaire de considérer le développement d'un organisme vivant et sa reproduction comme un processus unique. Pour bien comprendre comment cela fonctionne, il ne suffit pas de déchiffrer l'ADN.
Lors de la formation d'un zygote, la formation d'un nouvel organisme est influencée non seulement par l'ADN obtenu à partir de l'ovocyte et du sperme, mais également par le cytoplasme du gamète. Les substances qui s'accumulent lors de la maturation des gamètes (ARNm, protéines, facteurs de transcription) peuvent provoquer l'effet maternel. Ils sont présents dans les premiers stades de développement de l'embryon et sont même capables de le tuer (c'est typique pour les coléoptères de mai). La structure spatiale de ces substances joue également un certain rôle. En particulier, ils forment les axes corporels chez les insectes et déterminent la boucle des coquilles chez les mollusques.
Le scientifique proposera le schéma suivant: une cellule qui contient des macromolécules biologiques et d'autres composés, en train d'interagir avec les nutriments, les molécules de signalisation et la température (c'est-à-dire les facteurs externes), passe dans un autre état, qui, à son tour, affecte l'environnement. De la même manière, l'ensemble du système passe par un certain nombre de cycles, tout en accumulant de nouvelles substances. La nouvelle étape dépend de la précédente, elle peut donc être prédite.
José craint que les biologistes ne connaissent toujours pas tout le code cellulaire de l'organisme le plus simple, mais ils se sont néanmoins déjà mis à créer une forme de vie semi-artificielle en travaillant avec l'ADN. Selon le chercheur, de telles manipulations avec du matériel génétique ressemblent au remplacement de pièces dans certains mécanismes, elles peuvent donc être très risquées du point de vue de l'éthique.
Pour déchiffrer le code cellulaire, le biologiste propose de comparer les caractéristiques internes des zygotes dans une série de générations des micro-organismes les plus simples, par exemple les algues unicellulaires. A ces fins, des bactéries semi-artificielles avec un génome minimal peuvent également convenir. En étudiant l'effet paternel ou maternel, il sera possible d'établir des facteurs externes significatifs. Et l'étude de l'arrangement spatial de molécules importantes peut être réalisée à l'aide d'une analyse biochimique et moléculaire systématique à l'aide de molécules fluorescentes.
