des scientifiques ont annoncé une percée dans la construction de séquences génétiques – SMARTmania.cz

• L’ADN expérimental peut contenir jusqu’à 6 nucléotides
• Les protéines nouvellement conçues ouvrent de vastes horizons dans le domaine de la science et de la médecine
• Imaginez concevoir des protéines dotées de propriétés sur mesure, capables de cibler les tumeurs avec une précision chirurgicale dans le traitement du cancer

L’acide désoxyribonucléique, également connu sous le nom d’ADN, est l’élément de base de la vie. C’est une molécule qui transporte l’information génétique de tous les organismes, des bactéries aux humains. L’ADN se trouve dans les noyaux des cellules, où il est stocké sous forme de chromosomes. Les chromosomes sont disposés en structures linéaires contenant les informations génétiques de tous les processus cellulaires.

L’ADN est constitué de deux longues chaînes reliées entre elles par des liaisons hydrogène. Chaque brin est constitué d’unités appelées nucléotides. Un nucléotide se compose de trois composants de base. La première partie est le désoxyribose, la partie sucre. De plus, le nucléotide est constitué d’une partie phosphate, qui est une source d’énergie. La dernière partie concerne les bases nucléotidiques et nous en parlerons dans cet article aujourd’hui.

Il existe quatre types de bases nucléotidiques : l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T). Ces bases s’apparient de manière mutuellement spécifique : (A) s’associe à (T) et (G) s’associe à (C). Pour être cohérent, il faut mentionner que dans le cas de l’ARN, l’uracile (U) est associé à l’adénine (A)

La nature a fait en sorte que l’ADN soit composé de quatre nucléotides (lettres), mais et si nous pouvions étendre cette séquence en ajoutant davantage de nucléotides pour créer des formes d’ADN complètement nouvelles qui auraient des propriétés complètement uniques ?

De nouveaux nucléotides ont été découverts

Des scientifiques de l’Université de Californie à San Diego, de la Fondation pour l’évolution moléculaire appliquée et du Salk Institute for Biological Studies ont réussi à réaliser cela. Les scientifiques ont créé une nouvelle variante d’ADN contenant six lettres (nucléotides) au lieu des quatre habituelles et ont démontré sa capacité à former des protéines, éléments constitutifs clés de la vie.

Cette réalisation, publiée dans la revue Nature Communications, ouvre la porte à un avenir dans lequel des protéines conçues sur mesure et de nouvelles applications biologiques pourraient devenir une réalité. “La vie sur Terre est incroyablement diversifiée avec seulement quatre nucléotides, alors imaginez ce que nous pourrions tous faire si nous utilisions ces nouveaux nucléotides”, a déclaré le Dr. Dong Wang, professeur à l’École Skaggs de pharmacie et des sciences pharmaceutiques de l’UC San Diego et auteur principal de l’étude. “En élargissant le code génétique, nous pourrions créer de nouvelles molécules que nous ne connaissions pas auparavant et explorer de nouvelles façons de fabriquer des protéines à des fins thérapeutiques. “

Comment les nouveaux nucléotides ont-ils été synthétisés ?

Wang et ses collègues ont utilisé le système AEGIS. AEGIS signifie « Système d’information génétique artificiellement étendu ». Il s’agit d’un système génétique synthétique développé pour élargir l’alphabet génétique de l’ADN. Le système AEGIS a été développé par le Dr. Steven A. Benner de la Fondation pour l’évolution moléculaire appliquée dans le cadre d’un projet financé par la NASA visant à étudier comment la vie aurait pu évoluer sur d’autres planètes.

AEGIS élargit l’alphabet standard de l’ADN avec deux nouvelles lettres, complétant l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C) existantes. Ces nouvelles lettres (nucléotides), Z et P, sont identiques en forme et en taille aux nucléotides naturels, ce qui leur permet de s’intégrer parfaitement dans la structure à double hélice de l’ADN. Cette structure a été initialement identifiée par James Watson et Francis Crick en 1953. En raison de sa compatibilité avec la géométrie de l’ADN, des enzymes telles que l’ARN polymérase qui lisent et répliquent l’ADN peuvent reconnaître et traiter l’ADN contenant des lettres AEGIS aussi efficacement que l’ADN naturel.

Découverte de la reconnaissance d’AEGIS par E. coli RNAP

Nous savons déjà ce qu’est AEGIS, mais que signifie RNAP E.coli ? Escherichia coli RNAP est une enzyme responsable de la synthèse de l’ARN chez la bactérie Escherichia coli. Alors maintenant, nous pouvons continuer. Les scientifiques ont récemment découvert que les RNAP d’Escherichia coli (E. coli) présentent une reconnaissance sélective des bases nucléiques non naturelles au sein du système génétique étendu à six lettres. Cette découverte constitue une avancée majeure dans la compréhension de la manière dont la machinerie cellulaire interagit avec l’ADN modifié par AEGIS.

Informations structurelles issues de la cryomicroscopie électronique

La microscopie cryoélectronique à haute résolution (cryo-EM) a permis d’examiner de plus près les interactions moléculaires entre le RNAP d’E. coli et l’ADN modifié par AEGIS. Trois complexes d’élongation RNAP contenant des paires de bases non naturelles (UBP) modèle et substrat ont été étudiés, révélant des principes communs régissant la reconnaissance à la fois de l’AEGIS et des paires de bases naturelles. Ces structures piègent le RNAP dans un état actif, prêt à réaliser les processus chimiques associés à la transcription.

Adoption de la géométrie Watson-Crick

Au point critique de la transcription, la paire de bases non naturelle adopte une géométrie Watson-Crick, conforme aux principes bien établis de reconnaissance des paires de bases naturelles. De plus, la boucle d’initiation, un élément clé du processus de transcription, subit un changement de conformation, confirmant en outre que les mécanismes sous-jacents à la reconnaissance et à l’incorporation des paires de bases naturelles sont également applicables aux paires de bases AEGIS non naturelles.

Vérification des paires de bases AEGIS non naturelles

Les données structurelles obtenues à partir des études cryoEM fournissent des preuves convaincantes soutenant la philosophie de conception de paires de bases non naturelles d’AEGIS. Cette confirmation est essentielle à l’adoption et à la mise en œuvre plus larges de la technologie AEGIS dans les applications du génie génétique et de la biologie synthétique.

Qu’est-ce qui nous attend dans le futur ?

Cette avancée ouvre la porte à des perspectives fascinantes. Imaginez la possibilité de concevoir des protéines aux propriétés adaptées, capables de cibler des tumeurs avec une précision chirurgicale dans le traitement du cancer, ou de concevoir des bactéries conçues pour la synthèse de biocarburants respectueuses de l’environnement. Ces vastes horizons s’étendent non seulement au-delà de la médecine et des applications environnementales, mais imprègnent également les domaines de la science des matériaux et potentiellement de la biologie synthétique.

Les scientifiques sont constamment confrontés à de nouveaux défis tels que l’optimisation de l’intégration de nouveaux nucléotides, le maintien de leur stabilité dans le génome et l’exploitation complète du potentiel de ce code élargi sont des domaines qui nécessitent des recherches plus approfondies. Cependant, les bases d’une réécriture du lexique génétique ont été posées. Cette découverte représente une avancée significative dans notre compréhension du modèle génétique. C’est la garantie d’une nouvelle ère de conception biologique, où les possibilités ne sont limitées que par notre imagination.