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Les mycoplasmes sont des cellules simples capables d'une vie autonome. Elles sont présentées comme un modèle pour comprendre les principes de base de la vie. Les mycoplasmes ont évolué à partir de bactéries à Gram positif avec des génomes plus importants, mais qui ont perdu des gènes qui ne leur étaient pas nécessaires en tant que parasitesparasites de mammifèresmammifères.
Une cellule minimale pourrait se définir comme une cellule dans laquelle tous les gènes sont essentiels. C'est ce qu'ont obtenu des chercheurs du J. Craig Venter Institute à La Jolla, aux États-Unis, qui décrivent leurs résultats dans Science. Craig Venter est un chercheur et entrepreneur dans le domaine de la génétique ; depuis des décennies il poursuit un des objectifs de la biologie synthétique : construire un génome entier.
En 1995, l'équipe de Venter a séquencé le génome de Mycoplasma genitalium, une bactérie sexuellement transmissible qui possède le plus petit génome connu pour un organisme capable de vivre seul : 580 kilobaseskilobases (kb), avec 470 gènes codant pour des protéinesprotéines. Malgré la taille réduite du génome de M. genitalium, des expériences ont montré qu'elle contient des gènes qui ne sont pas essentiels à sa croissance au laboratoire : il serait donc possible de produire un organisme encore plus simple.
Un organisme qui n'a que des gènes essentiels
Comme la croissance de M. genitalium est assez lente, les chercheurs se sont dirigés vers une autre bactérie pour atteindre leur idéal de bactérie synthétique minimaliste : Mycoplasma mycoides. L'idée était de construire un organisme qui n'avait que des gènes essentiels.
En 2010, l'équipe a copié le génome bactérien de M. mycoides et l'a greffé dans une autre bactérie (M. capricolum). Les cellules obtenues, JCVI-syn1.0, étaient le premier exemple de vie synthétique. Ce génome de 1.079 kb basé sur celui de M. mycoides (JCV-syn1.0) avait été fabriqué chimiquement et permettait à la cellule de croître une fois qu'il était greffé dans son cytoplasmecytoplasme. Pouvait-on réduire le génome de syn1.0 au minimum vital ?
En 2010, Craig Venter a créé la première cellule synthétique. Aujourd’hui il récidive avec une cellule au génome minimal. © Wikipédia, CC by 2.5
La bactérie synthétique syn3.0, une nouvelle espèce artificielle
Pour obtenir un génome minimal, l'équipe a retiré des gènes mais l'organisme obtenu dans un premier temps n'était pas viable. L'équipe a divisé le génome de M. mycoides en huit fragments et les a combinés pour trouver quelles combinaisons permettaient d'obtenir des cellules viables. Ceci a permis de mettre en évidence des séquences d'ADNADN qui ne codent pas de protéines mais qui sont nécessaires.
Le génome de 1.079 kb a donc été réduit à 531 kb (473 gènes) dans JCV-syn3.0. Le génome de JCVI-syn3.0 est plus petit qu'aucune cellule capable de réplicationréplication autonome dans la nature (et donc plus petit que celui de M. genitalium). De plus, la « bactérie » syn3.0 se développe en cinq fois moins de temps que M. genitalium. Ses cellules doublent en trois heures, contre une heure pour M. mycoides et 18 heures pour M. genitalium. Les nutrimentsnutriments sont presque tous apportés par le milieu : au laboratoire, syn3.0 se développe dans un milieu qui lui apporte tous les nutriments nécessaires à la vie ; dans d'autres conditions, elle aurait probablement besoin d'autres gènes.
Les gènes de syn3.0 sont impliqués dans la fabrication des protéines, la réplication de l’ADN ou la constructionconstruction des membranes. Cependant, étonnamment, l'équipe n'a pas pu déterminer la fonction de 149 gènes, dont beaucoup se trouvent dans d'autres êtres vivants, comme les humains.
L'institut de Craig Venter cherche à fabriquer des cellules de synthèse pour des applicationsapplications industrielles comme la fabrication de médicaments. Pourtant, depuis l'explosion des techniques d'édition du génome, qui permettent de modifier simplement les génomes, ce champ de recherche a-t-il vraiment un avenir ?
La création d'un génome de synthèse est compliquée. Par comparaison, l'utilisation de l'édition génétique (comme CRISPR-Cas9CRISPR-Cas9) nécessite beaucoup moins d'efforts ; elle a déjà été adoptée par l'industrie et la médecine, mais pour des applications qui nécessitent peu de modifications génétiques. Les génomes de synthèse pourraient servir à d'autres applications. Ils permettent déjà d'atteindre ce troublant résultat : une vie créée de toutes pièces par l'Homme.
