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Article. Nouvelles et importantes perspectives pour la biologie synthétique
Jean-Paul Baquiast 17/04/2016

La biologie synthétique consiste à réaliser de nouveaux génomes en assemblant en laboratoire divers éléments d'ADN prélevés dans des génomes existants ou construits de toutes pièces. On obtient ainsi de nouveaux noyaux cellulaire, ne correspondant à aucune espèce connue, que l'on implante dans des cellules dépourvues de noyaux obtenus à partir des tissus d''espèces existantes. Dans des conditions favorables l'on peut ainsi obtenir de nouvelles espèces.

C'est le généticien et homme d'affaires Craig Venter qui s'est illustré mondialement dans ce domaine. Dans un article de ce même numéro , nous exposons comment lui et son équipe, après avoir créé artificiellement le génome d'un organisme nommé le Mycoplasma genitalium doté de 525 gènes, ont cherché à réduire sa taille. Pour cela , ils ont supprimé progressivement un certain nombre des gènes du mycoplasme, gènes qu'ils jugeaient non indispensables à la vie. Ils ont obtenu ce faisant un nouveau génome, baptisé du nom de JCVI-syn3.0. Celui-ci dispose de 50 gènes de moins que son prédécesseur

Mais le processus utilisé pour ce faire est complexe et relativement long à mettre en oeuvre, donc coûteux à utiliser. Une autre équipe, dirigée par le Pr Christophe Voigt, du MIT, http://web.mit.edu/voigtlab/ vient de publier dans Science un article exposant pour ce faire une méthode apparemment plus simple, et donc susceptible d'applications plus nombreuses.

Il s'agit d'utiliser un langage informatique existant, Verilog, servant à concevoir des circuits électroniques. La seule différence est qu'au lieu de réaliser des puces électroniques à partir du silicium, il est utilisé pour réaliser des brins d'ADN à partir du vivant. Verilog est en effet utilisable quelque soit le « harware » concerné.

Cello

Le système ainsi mis au point, baptisé Cello, utilise le programme de câblage réalisé par Verilog et l'inserre dans une machine qui génère un brin d'ADN encodant la fonction spécifiée. Le nouvel ADN peut alors être implanté dans un microbe. Le premier circuit biologique ainsi réalisé comporte plusieurs portes logiques et fabrique des brins de DNA comportant 12.000 unités.

Les généticiens de l'équipe font valoir que ce nouveau dispositif ouvre à la biologie synthétique de nouveaux et importants domaines d'application. Ils travaillent ainsi avec une bactérie, une variété de colibacille vivant sur les racines des plantes. L'objectif est de lui implanter des gènes lui permettant de capturer l'azote de l'air afin de produire de nouveaux fertilisants. Il ne sera pas à terme nécessaire de faire appel à des généticiens confirmés.

Inutile de commenter, si le processus pouvait être généralisé, les innombrables applications qu'il pourrait permettre. Non seulement dans le monde des bactéries mais un jour dans celui des cellules composant les organismes complexes...telles pourquoi pas que celles de l'homme. En conséquence les prophètes d'une marche accélérée vers la « Singularité », résultant d'une convergence de type exponentiel entre des sciences apparemment sans aucun rapport entre elles, trouveront de nouveaux arguments.


Abstract

Computation can be performed in living cells by DNA-encoded circuits that process sensory information and control biological functions. Their construction is time-intensive, requiring manual part assembly and balancing of regulator expression. We describe a design environment, Cello, in which a user writes Verilog code that is automatically transformed into a DNA sequence. Algorithms build a circuit diagram, assign and connect gates, and simulate performance. Reliable circuit design requires the insulation of gates from genetic context, so that they function identically when used in different circuits. We used Cello to design 60 circuits for Escherichia coli (880,000 base pairs of DNA), for which each DNA sequence was built as predicted by the software with no additional tuning. Of these, 45 circuits performed correctly in every output state (up to 10 regulators and 55 parts), and across all circuits 92% of the output states functioned as predicted. Design automation simplifies the incorporation of genetic circuits into biotechnology projects that require decision-making, control, sensing, or spatial organization.


Référence
* Genetic circuit design automation
http://science.sciencemag.org/content/352/6281/aac7341