Des scientifiques ont appris à l'une des enzymes essentielles de la biologie à lire un alphabet génétique à huit lettres, élargissant potentiellement ce que les systèmes vivants peuvent être conçus pour faire. Toute vie connue sur Terre repose sur le même alphabet génétique à quatre lettres. Des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego ont maintenant montré que l'une des enzymes les plus importantes de la biologie peut lire et transcrire avec précision une version beaucoup plus grande contenant huit lettres génétiques.
Cette découverte suggère que les cellules peuvent utiliser leur machinerie moléculaire existante pour traiter des informations génétiques synthétiques. Cela marque une étape importante vers un objectif de longue date en biologie synthétique : étendre le langage de l'ADN au-delà des quatre lettres trouvées dans la nature. À l'avenir, de tels systèmes pourraient aider les scientifiques à concevoir des machines biologiques capables de remplir de nouvelles fonctions ou de produire des composés qui n'existent pas naturellement.
Comment les cellules lisent un alphabet génétique à huit lettres
Les chercheurs se sont concentrés sur l'ARN polymérase, l'enzyme qui lit l'ADN et produit l'ARN, la première étape de l'expression des gènes. Pour voir comment l'enzyme gère les informations génétiques synthétiques, l'équipe a combiné des expériences biochimiques avec de la cryo-microscopie électronique à haute résolution capable de révéler des structures à des échelles plus petites que la largeur d'un atome unique.
Les chercheurs ont capturé des vues structurelles détaillées de l'ARN polymérase de la bactérie Escherichia coli (E. coli) alors qu'elle reconnaissait et incorporait deux paires de bases synthétiques. Ces lettres génétiques artificielles ne se trouvent pas dans la nature. Les images ont montré que l'ARN polymérase identifie les lettres d'ADN synthétiques en utilisant bon nombre des mêmes signaux biochimiques et structurels sur lesquels elle s'appuie pour reconnaître les paires de bases naturelles. Cette découverte aide à expliquer pourquoi l'enzyme peut copier avec précision des informations écrites en utilisant un alphabet génétique élargi.
Dans une étude connexe publiée dans PNAS, la même équipe de recherche a constaté que l'ARN polymérase peut également reconnaître une autre paire de bases synthétiques même si elles manquent de liaisons hydrogène qui aident normalement à maintenir les paires de bases de l'ADN ensemble.
L'ADN synthétique pourrait permettre de nouvelles technologies
Les applications potentielles vont bien au-delà de la compréhension du fonctionnement de l'ADN. Des recherches antérieures ont déjà utilisé des alphabets génétiques élargis pour créer des molécules d'ADN synthétiques capables de reconnaître les cellules cancéreuses du foie. En montrant en détail moléculaire comment l'ARN polymérase lit et transcrit des lettres d'ADN non naturelles, la nouvelle recherche fournit une base importante pour les technologies construites autour de codes génétiques élargis. Les applications possibles incluent de nouveaux outils de diagnostic, des thérapies et des systèmes biologiques conçus avec des capacités qui n'existent pas naturellement.
Les études, dirigées par Dong Wang, PhD, ont été publiées dans Nature Communications et PNAS. Ces travaux rapprochent les scientifiques de la construction de systèmes génétiques élargis qui pourraient remplir des fonctions biologiques entièrement nouvelles.
