Un groupe de 150 experts invités s'est réuni à Harvard la semaine dernière. À huis clos, ils ont discuté des perspectives de conception et de construction d'un génome humain entier à partir de zéro, en utilisant uniquement un ordinateur, un synthétiseur d'ADN et des matières premières. Un génome artificiel sera ensuite introduit dans une cellule humaine vivante pour remplacer son ADN naturel. L'espoir est que la cellule "redémarrera", changera ses processus biologiques pour qu'ils fonctionnent sur la base des instructions fournies par l'ADN artificiel.
En d'autres termes, nous pourrions bientôt voir la première «cellule humaine artificielle».
Mais le but n'est pas simplement de créer Human 2.0. Grâce à ce projet, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, les scientifiques espèrent développer des outils innovants et puissants qui propulseront la biologie synthétique vers une croissance exponentielle à l'échelle industrielle. En cas de succès, nous n'acquérirons pas seulement des outils biologiques pour concevoir l'homme comme une espèce: nous serons en mesure de refaire le monde vivant.
Création de la vie
La biologie synthétique est essentiellement un mariage entre les principes de l'ingénierie et de la biotechnologie. Alors que le séquençage de l'ADN consiste avant tout à lire l'ADN, le génie génétique consiste à éditer l'ADN et la biologie synthétique consiste à programmer un nouvel ADN, quelle que soit sa source d'origine, afin de créer de nouvelles formes de vie.
Les biologistes synthétiques considèrent l'ADN et les gènes comme des éléments de base biologiques standard qui peuvent être utilisés à leur guise pour créer et modifier des cellules vivantes.
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Il y a le concept de concepteur dans ce domaine, explique le Dr Jay Keesling, pionnier de l'ingénierie synthétique à l'Université de Californie à Berkeley. «Lorsque votre disque dur meurt, vous pouvez vous rendre au magasin informatique le plus proche, en acheter un nouveau, remplacer l'ancien», dit-il. "Pourquoi n'utilisons-nous pas les parties biologiques de la même manière?"
Pour accélérer les progrès dans ce domaine, Kisling et ses collègues mettent en place une base de données de morceaux d'ADN standardisés - appelée BioBricks. Il peut être utilisé comme pièce de puzzle pour rassembler du matériel génétique jamais vu auparavant dans la nature.
Pour Kisling et d'autres dans le domaine, la biologie synthétique est comme développer un nouveau langage de programmation. Les cellules sont du matériel, du matériel, tandis que l'ADN est un logiciel qui les fait fonctionner. Avec suffisamment de connaissances sur le fonctionnement des gènes, les biologistes synthétiques espèrent être en mesure d'écrire des programmes génétiques à partir de zéro, de créer de nouveaux organismes, de changer la nature et même d'orienter l'évolution humaine dans une nouvelle direction.
Semblable au génie génétique, la biologie synthétique donne aux scientifiques la possibilité d'expérimenter avec de l'ADN naturel. Différence d'échelle: l'édition de gènes est un processus de copier / coller qui ajoute de nouveaux gènes ou modifie les lettres dans les gènes existants. Parfois, cela ne change pas grand-chose.
La biologie synthétique, en revanche, crée des gènes à partir de rien. Cela donne aux scientifiques plus de flexibilité pour modifier les gènes connus ou même créer les leurs. Les possibilités sont presque infinies.
Biomédical, biocarburants, bio-culture
L'explosion de la biologie synthétique au cours des dix dernières années a déjà produit des résultats qui ont fasciné les scientifiques et les entreprises. En 2003, Kisling a publié l'une des toutes premières études pour prouver et démontrer la puissance de cette approche. Il s'est concentré sur un produit chimique appelé artémisinine, un puissant médicament antipaludique extrait de l'absinthe douce (absinthe).
Malgré de nombreuses tentatives de culture de cette plante, son rendement reste extrêmement faible.
Kisling s'est rendu compte que la biologie synthétique offrait un moyen de contourner complètement le processus de récolte. En introduisant les gènes nécessaires dans les cellules bactériennes, a-t-il estimé, vous pouvez transformer ces cellules en machines de production d'artémisinine et fournir à leurs frais une nouvelle source abondante de médicament.
C'était très difficile à faire. Les scientifiques devaient construire une voie métabolique complètement nouvelle dans la cellule, lui permettant de traiter des produits chimiques qu'elle ne connaissait pas auparavant. Par essais et erreurs, les scientifiques ont rassemblé des dizaines de gènes de plusieurs organismes dans un seul paquet d'ADN. En insérant ce sac dans E. coli - la bactérie E. coli est couramment utilisée en laboratoire pour fabriquer des produits chimiques - ils ont créé une nouvelle voie permettant aux bactéries de sécréter de l'artémisinine.
En resserrant un peu plus les écrous nécessaires, Kisling et son équipe ont réussi à multiplier la production d'un million de fois et à décupler le prix du médicament.
L'artémisinine n'était que la première étape d'un vaste programme. Ce médicament est un hydrocarbure qui appartient à une famille de molécules couramment utilisées pour fabriquer des biocarburants. Pourquoi ne pas appliquer le même processus à la production de biocarburants? En remplaçant les gènes utilisés par les bactéries pour fabriquer l'artémisinine par des gènes de production d'hydrocarbures de biocarburant, les scientifiques ont déjà fabriqué de nombreux microbes qui transforment le sucre en carburant.
L'industrie agricole est une autre industrie qui peut bénéficier énormément de la biologie synthétique. En théorie, nous pourrions prendre les gènes responsables de la fixation de l'azote dans les bactéries, les mettre dans les cellules de nos cultures et inverser complètement leur processus de croissance naturel. Avec la bonne combinaison de gènes, nous pourrions cultiver une culture avec un spectre complet de nutriments qui nécessite moins d'eau, de terre, d'énergie et d'engrais.
La biologie synthétique pourrait être appliquée à la production d'aliments complètement nouveaux, tels que les parfums par fermentation de levure modifiée ou de fromages végétaliens et d'autres produits laitiers créés sans l'aide d'animaux.
«Nous devons réduire les émissions de carbone et de polluants, utiliser moins de terres et d'eau, lutter contre les ravageurs et améliorer la fertilité des sols», a déclaré le Dr Pamela Ronald, professeur à l'Université de Californie à Davis. La biologie synthétique peut nous fournir les outils dont nous avons besoin.
Recréer la vie
Pratique de côté! L'un des objectifs ultimes de la biologie synthétique est de créer un organisme synthétique fabriqué exclusivement à partir d'ADN spécialement conçu.
Le principal obstacle est maintenant la technologie. La synthèse d'ADN est actuellement très coûteuse, lente et sujette à des erreurs. La plupart des méthodes existantes permettent de fabriquer un brin d'ADN de 200 lettres; les gènes normaux sont dix fois plus longs. Le génome humain contient environ 20 000 gènes qui produisent des protéines. Mais le coût de la synthèse d'ADN a chuté rapidement au cours de la dernière décennie.
Selon le Dr Drew Andy, généticien à l'Université de Stanford, le coût du séquençage d'une seule lettre est passé de 4 $ en 2003 à 3 cents aujourd'hui. Le coût estimé de l'impression des 3 milliards de lettres du génome humain est aujourd'hui de 90 millions de dollars, mais il devrait chuter à 100 000 dollars sur 20 ans si la tendance reste la même.
Dans les années 90, Craig Venter, connu pour son rôle de premier plan dans le séquençage du génome humain, a commencé à rechercher l'ensemble minimal de gènes nécessaires pour créer la vie. En collaboration avec des collègues de l'Institut de recherche génomique, Venter a retiré les gènes de la bactérie Mycoplasma genitalium afin d'identifier ceux qui sont essentiels à la vie.
En 2008, Venter a reconstitué ces «gènes critiques» et assemblé un nouveau génome «minimal» à partir d'un bouillon de produits chimiques en utilisant la synthèse d'ADN.
Quelques années plus tard, Venter a transplanté un génome artificiel dans une deuxième bactérie. Les gènes ont pris racine et "redémarré" la cellule, lui permettant de se développer et de se reproduire - c'était le premier organisme avec un génome complètement artificiel.
Des bactéries aux humains
Si la nouvelle entreprise obtient un financement, elle reproduira les expériences de Venter en utilisant notre propre génome. Étant donné que le génome humain est environ 5 000 fois plus grand que la bactérie de Venter, il est difficile de dire à quel point cette synthèse pourrait être plus difficile.
Même si tout le reste échoue, l'industrie gagnera une expérience précieuse. Selon le Dr George Church, généticien principal à la Harvard School of Medicine, ce projet pourrait ouvrir des avancées technologiques qui amélioreront notre propre capacité à synthétiser de longs brins d'ADN. Church souligne même que l'objectif principal du projet est le développement de la technologie.
Cependant, la réunion des scientifiques a suscité beaucoup de scepticisme. Cependant, ce projet peut un jour conduire à la création de «bébés de créateurs» voire d'humains. Les parents de ces personnes peuvent être des ordinateurs. Imaginer un tel avenir est simple, mais effrayant: dans quelle mesure est-il sûr de manipuler ou de créer directement la vie? À qui appartiendra cette technologie? Que faire d'une vie qui s'est avérée infructueuse? Tout cela ne crée-t-il pas de la discrimination et des inégalités?
ILYA KHEL
