{"id":4778,"date":"2023-06-23T08:47:01","date_gmt":"2023-06-23T06:47:01","guid":{"rendered":"https:\/\/parlonstechs.com\/all\/?p=4778"},"modified":"2023-06-23T08:59:15","modified_gmt":"2023-06-23T06:59:15","slug":"70-ans-apres-la-decouverte-de-ladn-les-scientifiques-sont-maintenant-capables-de-le-fabriquer-artificiellement","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/parlonstechs.com\/all\/2023\/06\/23\/70-ans-apres-la-decouverte-de-ladn-les-scientifiques-sont-maintenant-capables-de-le-fabriquer-artificiellement\/","title":{"rendered":"70 ans apr\u00e8s la d\u00e9couverte de l\u2019ADN, les scientifiques sont maintenant capables de le fabriquer artificiellement"},"content":{"rendered":"\n
\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Depuis la fabuleuse d\u00e9couverte de la double h\u00e9lice de l’ADN en 1953, les chercheurs ont appris \u00e0 lire, \u00e0 recopier et m\u00eame \u00e0 fabriquer et recombiner des morceaux d’ADN. La synth\u00e8se de l’ADN et l’assemblage des g\u00e8nes sont-elles des technologies suffisamment s\u00fbres et \u00e0 l’\u00e9preuve de tous les risques ? Quel est le potentiel de la g\u00e9nomique synth\u00e9tique et quels sont ses d\u00e9fis ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Il y a 70 ans, le 25 avril 1953, trois articles publi\u00e9s dans la revue Nature<\/em> ont chang\u00e9 notre vision du monde. La d\u00e9couverte de la structure de la mol\u00e9cule origine de l’h\u00e9r\u00e9dit\u00e9, l’ADN en double h\u00e9lice, repr\u00e9sente l’une des plus grandes d\u00e9couvertes en biologie du XXe<\/sup> si\u00e8cle.<\/p>\n\n\n\n

L’organisation de la mol\u00e9cule si\u00e8ge de la vie est somme toute assez simple : l’ADN est constitu\u00e9 d’unit\u00e9s r\u00e9p\u00e9titives, les nucl\u00e9otides, qui forment une cha\u00eene chimique. Un nucl\u00e9otide est une mol\u00e9cule issue de la combinaison de trois composants chimiques : une base azot\u00e9e, un sucre et de l’acide phosphorique. Quatre types de bases azot\u00e9es d\u00e9terminent quatre types de nucl\u00e9otides, qui se combinent \u00e0 l’infini dans l’ADN et sont \u00e0 la base de la diversit\u00e9 du vivant (A : ad\u00e9nosine ; T : thymine ; G : guanine ; C : cytosine). Enfin, dans l’ADN, chaque nucl\u00e9otide est li\u00e9 \u00e0 ses deux voisins par une liaison chimique dite \u00ab phosphodiester \u00bb. Dans le vivant, ce sont des enzymes, catalyseurs des r\u00e9actions biochimiques, qui r\u00e9alisent ces liaisons chimiques.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Depuis que cette structure a \u00e9t\u00e9 \u00e9lucid\u00e9e<\/a>, les humains ont appris \u00e0 lire l’ADN de plus en plus vite et des brins de plus en plus longs. Parall\u00e8lement, nous avons trouv\u00e9 comment fabriquer (synth\u00e9tiser) de l’ADN \u00e0 partir de bases azot\u00e9es (1972) – ce qui nous permet aujourd’hui d’aller jusqu’\u00e0 inventer des ADN comme un \u00e9crivain invente un livre \u00e0 partir de l’alphabet (en respectant quelques r\u00e8gles de grammaire tout de m\u00eame). Nous savons \u00e9galement \u00ab amplifier \u00bb de l’ADN (1983), c’est-\u00e0-dire cibler une r\u00e9gion bien d\u00e9termin\u00e9e sur l’ADN et la recopier en milliers d’exemplaires, notamment avec la d\u00e9sormais bien connue PCR. Et bien s\u00fbr, nous savons \u00e9diter le g\u00e9nome (\u00e0 partir de 1973 gr\u00e2ce \u00e0 l’\u00ab ADN recombinant \u00bb, o\u00f9 on combine diff\u00e9rents morceaux d’ADN), c’est-\u00e0-dire le modifier localement pour en modifier ses fonctions – la technique d’\u00e9dition du g\u00e9nome la plus connue est d\u00e9sormais celle des \u00ab ciseaux mol\u00e9culaires \u00bb CRISPR-Cas9, n\u00e9 en 2012.<\/p>\n\n\n\n

Ainsi, depuis 70 ans, l’am\u00e9lioration des techniques de lecture de l’ADN, puis de fabrication et d’\u00e9dition, ont conduit \u00e0 d\u00e9velopper notre capacit\u00e9 \u00e0 comprendre le vivant.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Pourquoi fabriquer de l\u2019ADN alors qu\u2019il y en a partout dans la nature ?<\/h2>\n\n\n\n

Les synth\u00e8ses \u00e0 grande \u00e9chelle et \u00e0 faible co\u00fbt sont sources de progr\u00e8s tant en recherche fondamentale qu’appliqu\u00e9e. Par exemple, la reconstruction de g\u00e9nomes viraux, c’est-\u00e0-dire la re-cr\u00e9ation en laboratoire de g\u00e9nomes viraux identiques — virus de la grippe espagnole, VIH, SARS-CoV-2 par exemple — ont permis des avanc\u00e9es spectaculaires, comme l’acc\u00e9l\u00e9ration de la production de vaccins ou la g\u00e9n\u00e9ration de cellules r\u00e9sistantes aux infections li\u00e9es \u00e0 ces virus (tomates r\u00e9sistantes aux potyvirus par exemple).<\/p>\n\n\n\n

D\u00e9sormais, nous savons m\u00eame \u00e9crire et concevoir de l’information g\u00e9n\u00e9tique en nous inspirant du g\u00e9nome naturel, pour le reproduire en partie sur des r\u00e9gions int\u00e9ressantes, ou bien dans sa globalit\u00e9 en l’optimisant.<\/p>\n\n\n\n

Ceci est possible gr\u00e2ce \u00e0 des progr\u00e8s technologiques r\u00e9cents, comme les \u00ab puces \u00e0 ADN \u00bb, microdispositifs permettant de manipuler simultan\u00e9ment plusieurs s\u00e9quences d’ADN, ou encore les technologies microfluidiques<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

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Ainsi, la g\u00e9nomique synth\u00e9tique a d\u00e9sormais le potentiel de cr\u00e9er de nouveaux g\u00e9nomes et aussi des cellules rudimentaires, \u00e0 l’exemple de la bact\u00e9rie JCVI-syn3.0, une bact\u00e9rie de synth\u00e8se poss\u00e9dant le plus petit g\u00e9nome jamais observ\u00e9 chez un organisme ind\u00e9pendant. Issue de Mycoplasma genitalium<\/em>, une bact\u00e9rie sexuellement transmissible, cette bact\u00e9rie dont le g\u00e9nome a \u00e9t\u00e9 synth\u00e9tis\u00e9 par des scientifiques ne contient que les g\u00e8nes n\u00e9cessaires \u00e0 la vie.<\/p>\n\n\n\n

Nous pouvons m\u00eame cr\u00e9er de nouvelles formes de vie artificielle comme les robots ADN, capables de se d\u00e9placer et de transporter des \u00ab colis \u00bb de mol\u00e9cules. Cette derni\u00e8re technologie est \u00e0 l’\u00e9tude pour amener des m\u00e9dicaments vers des cellules cibl\u00e9es dans le corps humain, telles que les cellules canc\u00e9reuses.<\/p>\n\n\n\n

Faire avancer la recherche et la m\u00e9decine<\/h2>\n\n\n\n

La synth\u00e8se de g\u00e9nomes permet d’aborder des questions de recherche ouvertes et acc\u00e9l\u00e8re les avanc\u00e9es dans un large \u00e9ventail de domaines. Par exemple, il est d\u00e9sormais possible de construire une super cellule immunologique en programmant sa s\u00e9quence d’ADN. C’est le cas des cellules CAR-T<\/a> (chimeric antigenic receptor-T<\/em>), des lymphocytes T modifi\u00e9s g\u00e9n\u00e9tiquement en 2012 dans le but de d\u00e9tecter et d’\u00e9liminer les cellules canc\u00e9reuses. D’autres champs d’applications consistent \u00e0 produire des g\u00e8nes non d\u00e9fectueux pour la th\u00e9rapie g\u00e9nique, ou encore \u00e0 d\u00e9velopper un g\u00e9nome minimal avec les g\u00e8nes essentiels pour aborder les principes de base de la vie, explorer la conception du g\u00e9nome entier et l’ing\u00e9nierie m\u00e9tabolique.<\/p>\n\n\n\n

Mais, malgr\u00e9 les am\u00e9liorations continues des techniques de synth\u00e8se, les capacit\u00e9s de lecture de l’ADN restent aujourd’hui tr\u00e8s sup\u00e9rieures aux capacit\u00e9s d’\u00e9criture (en termes de temps requis par \u00e9chantillon, nombre d’\u00e9chantillons \u00e9tudi\u00e9s en m\u00eame temps, analyse des r\u00e9sultats et automatisation).<\/p>\n\n\n\n

Ainsi, la synth\u00e8se de l’ADN figure parmi les \u00e9tapes les plus contraignantes de l’\u00e9tude du vivant, limit\u00e9e par les taux d’erreur (qui augmentent avec la taille de l’ADN \u00e0 synth\u00e9tiser) et les difficult\u00e9s d’assemblage des fragments pour la synth\u00e8se de g\u00e9nomes complets.<\/p>\n\n\n\n

Comment a-t-on appris \u00e0 synth\u00e9tiser de l\u2019ADN<\/h2>\n\n\n\n

\u00c0 la suite de la d\u00e9couverte de la structure chimique de l’ADN, les chercheurs se sont int\u00e9ress\u00e9s \u00e0 synth\u00e9tiser de l\u2019ADN au laboratoire : il s’agit de pr\u00e9parer les nucl\u00e9otides \u00e0 partir de leurs ingr\u00e9dients, puis de les assembler.<\/p>\n\n\n\n

La g\u00e9nomique synth\u00e9tique est n\u00e9e avec le premier \u00ab dinucl\u00e9otide \u00bb synth\u00e9tis\u00e9 au laboratoire en 1955. Ensuite, en 1963, H. Gobind Khorana et son \u00e9quipe ont synth\u00e9tis\u00e9 un ADN bicat\u00e9naire beaucoup plus long de 77 \u00ab paires de bases \u00bb (les bases azot\u00e9es vont par deux : une sur chaque brin de la double h\u00e9lice).<\/p>\n\n\n\n

Les techniques de synth\u00e8se se sont progressivement am\u00e9lior\u00e9es dans les d\u00e9cennies qui ont suivi, mais sont rest\u00e9es limit\u00e9es en termes de longueur de cha\u00eene, de qualit\u00e9 et de rendement, en raison de r\u00e9actions instables qui g\u00e9n\u00e9raient des s\u00e9quences ramifi\u00e9es, tronqu\u00e9es ou mut\u00e9es, c’est-\u00e0-dire des mol\u00e9cules non conformes \u00e0 la structure en double h\u00e9lice, qui assure que l’ADN est fonctionnel.<\/p>\n\n\n\n

Au d\u00e9but des ann\u00e9es 80, un \u00e9tudiant de Khorana, Marvin Caruthers, a introduit des r\u00e9actifs plus efficaces, les phosphoramidites, et a ainsi r\u00e9volutionn\u00e9 la synth\u00e8se de l’ADN. Cette synth\u00e8se comprend quatre \u00e9tapes et aboutit \u00e0 l’addition d’un seul nucl\u00e9otide au brin d’ADN, qui cro\u00eet en \u00e9tant fix\u00e9 \u00e0 un support solide (du verre ou du polystyr\u00e8ne par exemple). Cette m\u00e9thode a \u00e9t\u00e9 encore am\u00e9lior\u00e9e gr\u00e2ce \u00e0 diff\u00e9rents supports, puis automatis\u00e9e, ce qui a permis de r\u00e9duire le temps de synth\u00e8se.<\/p>\n\n\n\n

Comment fabrique-t-on aujourd\u2019hui de l\u2019ADN ?<\/h2>\n\n\n\n

Aujourd’hui, de nombreuses versions modifi\u00e9es des phosphoramidites ont vu le jour, avec des propri\u00e9t\u00e9s optimis\u00e9es pour des synth\u00e8ses d’ADN sp\u00e9cifiques.<\/p>\n\n\n\n

La chimie des phosphoramidites reste la m\u00e9thode de r\u00e9f\u00e9rence pour la fabrication d’ADN, utilis\u00e9e dans l’industrie depuis pr\u00e8s de 40 ans avec une efficacit\u00e9 aujourd’hui sup\u00e9rieure \u00e0 99 % et une rapidit\u00e9 de synth\u00e8se de quelques minutes. Sa simplicit\u00e9 et sa haute efficacit\u00e9 permettent de synth\u00e9tiser de grandes longueurs de s\u00e9quences, jusqu’\u00e0 200 paires de bases, dont l’assemblage aboutit \u00e0 la construction d’ADN encore plus grands, pour produire des g\u00e8nes simples jusqu’\u00e0 des g\u00e9nomes synth\u00e9tiques entiers, tel que le g\u00e9nome de la levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

\u201cLes capacit\u00e9s de synth\u00e8se de l\u2019ADN disponibles aujourd\u2019hui ont pris beaucoup de retard par rapport aux progr\u00e8s r\u00e9alis\u00e9s dans le domaine du s\u00e9quen\u00e7age de l\u2019ADN\u201d<\/p>\n\n\n\n

Si la chimie des phosphoramidites r\u00e9siste \u00e0 l’\u00e9preuve du temps, elle a des limites techniques. Par exemple, des erreurs peuvent se produire lors de synth\u00e8ses successives r\u00e9sultant de r\u00e9actions secondaires, comme des couplages incomplets, quand la liaison entre nucl\u00e9otides compl\u00e9mentaires ne se produit pas, ou des incorporations erron\u00e9es, par exemple un G au lieu d’un A.<\/p>\n\n\n\n

Fabriquer de l\u2019ADN, demain<\/h2>\n\n\n\n

Nous devons \u00eatre conscients que les capacit\u00e9s de synth\u00e8se de l’ADN disponibles aujourd’hui ont pris beaucoup de retard par rapport aux progr\u00e8s r\u00e9alis\u00e9s dans le domaine du s\u00e9quen\u00e7age de l’ADN. Les technologies actuelles de fabrication de l’ADN ne sont pas suffisamment m\u00fbres pour permettre l’ing\u00e9nierie pratique et \u00e9conomique de g\u00e9nomes de grande taille.<\/p>\n\n\n\n

Des efforts interdisciplinaires continus sont d\u00e9ploy\u00e9s pour utiliser de nouvelles chimies et strat\u00e9gies pour synth\u00e9tiser de l’ADN et assembler des g\u00e8nes. De nouvelles strat\u00e9gies inspir\u00e9es des syst\u00e8mes biologiques \u00e9mergent mais pour l’instant, aucune technologie ne permet d’acc\u00e9der \u00e0 des s\u00e9quences aussi grandes que celles trouv\u00e9es dans la nature.<\/p>\n\n\n\n

Les d\u00e9fis techniques actuels concernent l’assemblage de r\u00e9gions de la cha\u00eene d’ADN qui sont hautement r\u00e9p\u00e9titives ou complexes. Quand ces verrous techniques seront surmont\u00e9s, avec des strat\u00e9gies de synth\u00e8se plus optimales, de nouvelles perspectives s’ouvriront pour r\u00e9soudre les d\u00e9fis majeurs auxquels nous sommes confront\u00e9s en mati\u00e8re de ressources, d’\u00e9nergie, de sant\u00e9 et d’environnement.<\/p>\n\n\n\n

avec futura<\/p>\n\n\n\n

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