Des cellules à génome entièrement synthétisé artificiellement ont été décrites pour la première fois en 2010. À partir de ces cellules, une cellule à génome minimaliste a été dérivée, présentant une morphologie anormale lors de la division cellulaire. L'ajout récent d'un groupe de gènes à cette cellule minimaliste a permis de rétablir une division cellulaire normale.
Les cellules sont les unités structurales et fonctionnelles fondamentales de la vie, une théorie proposée par Schleiden et Schwann en 1839. Depuis lors, les scientifiques s'intéressent à la compréhension des fonctions cellulaires en tentant de déchiffrer intégralement le code génétique afin de comprendre comment la cellule croît et se divise pour donner naissance à d'autres cellules identiques. L'avènement du séquençage de l'ADN a permis de décoder la séquence du génome , ouvrant ainsi la voie à la compréhension des processus cellulaires et, par conséquent, des fondements de la vie. En 1984, Morowitz a proposé l'étude des mycoplasmes, les cellules les plus simples capables de croissance autonome, pour appréhender les principes fondamentaux de la vie.
Depuis, plusieurs tentatives ont été menées pour réduire la taille du génome à un minimum, permettant ainsi d'obtenir une cellule capable d'assurer toutes les fonctions cellulaires de base. Les premières expériences ont abouti à la synthèse chimique du génome de Mycoplasma mycoides , d'une taille de 1079 kb, en 2010 ; ce génome a été nommé JCVI-syn1.0. Des délétions supplémentaires effectuées sur JCVI-syn1.0 par Hutchinson III et al. (1) ont permis d'obtenir JCVI-syn3.0 en 2016. Ce génome, d'une taille de 531 kb, comprend 473 gènes et présente un temps de doublement de 180 minutes, malgré une morphologie anormale lors de la division cellulaire. Il contient encore 149 gènes aux fonctions biologiques inconnues, suggérant la présence d'éléments essentiels à la vie encore non découverts. Néanmoins, JCVI-syn3.0 offre une plateforme pour étudier et comprendre les fonctions vitales en appliquant les principes de la conception de génomes entiers.
Le 29 mars 2021, Pelletier et ses collègues (2) ont utilisé le mutant JCVI syn3.0 pour identifier les gènes impliqués dans la division et la morphologie cellulaires. Pour ce faire, ils ont introduit 19 gènes dans son génome , obtenant ainsi le mutant JCVI syn3.0A, dont la morphologie après division cellulaire est similaire à celle du mutant JCVI syn1.0. Parmi ces 19 gènes, 7 incluent deux gènes connus pour leur rôle dans la division cellulaire et 4 gènes codant pour des protéines membranaires de fonction inconnue. L'ensemble de ces gènes a permis de restaurer un phénotype similaire à celui du mutant JCVI-syn1.0. Ce résultat suggère la nature polygénique de la division et de la morphologie cellulaires dans une cellule au génome minimal.
Étant donné que la souche JCVI syn3.0 est capable de survivre et de se multiplier grâce à son génome minimaliste , elle peut servir d'organisme modèle pour créer différents types cellulaires aux fonctions variées, potentiellement bénéfiques pour l'humanité et l'environnement. Par exemple, on pourrait y introduire des gènes de dissolution des plastiques afin que le nouvel organisme puisse être utilisé pour leur dégradation biologique. De même, on pourrait envisager d'y ajouter des gènes liés à la photosynthèse, lui permettant ainsi d'utiliser le dioxyde de carbone atmosphérique et de contribuer à la réduction de sa concentration, un problème climatique majeur auquel l'humanité est confrontée. Cependant, de telles expériences doivent être menées avec la plus grande prudence afin d'éviter la dissémination d'un super-organisme difficile à contrôler dans l'environnement.
Néanmoins, l'idée d'une cellule au génome minimaliste et sa manipulation biologique peuvent mener à la création de différents types cellulaires aux fonctions diverses, capables de résoudre des problèmes majeurs auxquels l'humanité est confrontée et d'assurer sa survie. Il convient toutefois de distinguer la création d'une cellule entièrement synthétique de celle d'un génome synthétique fonctionnel . Une cellule artificielle idéale, entièrement synthétique, serait constituée d'un génome et de composants cytoplasmiques synthétisés ; un objectif que les scientifiques souhaitent atteindre rapidement dans les années à venir, à mesure que les progrès technologiques atteindront leur apogée.
Le développement récent pourrait être un tremplin vers la création d'une cellule entièrement synthétique capable de croissance et de division.
***
Références:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Conception et synthèse d'un système bactérien minimal génome. Sciences 25 Mars 2016 : Vol. 351, numéro 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Exigences génétiques pour la division cellulaire dans une cellule génomiquement minimale. Cellule. Publié : 29 mars 2021. DOI : https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
***
