Zippage de l'ADN

Que faire lorsqu'un document volumineux ou une image haute résolution ne peuvent pas être envoyés par e-mail ? - On le zippe à l'aide d'un logiciel approprié pour le réduire à une taille pratique. "Au lieu de l'information 'blanc-blanc-blanc-blanc-...' pour chaque pixel d'une ligne blanche, on ne transmet plus que le message '1000 fois blanc'", explique Kobi Benenson, directeur du groupe de biologie synthétique au Département des systèmes biologiques de l'ETH à B?le. Une fois parvenue au destinataire, l'information peut être gonflée à nouveau à sa taille initiale, c'est-à-dire dézippée.

Une capacité de transport limitée

Ce procédé utilisé pour les données numériques a inspiré à Benenson et à son collaborateur Nicolas Lapique une solution inédite pour les systèmes biologiques : ils ont mis au point une méthode permettant de zipper la substance héréditaire qu'est l'ADN : Pour le transport dans les cellules, il est compacté et assemblé à l'intérieur des cellules en une information génétique entièrement fonctionnelle.

Une telle solution pourrait être utile aux biologistes, notamment dans le domaine de la biologie synthétique ou de la biotechnologie. En effet, ils se heurtent à des limites lorsqu'ils veulent introduire de grandes quantités d'informations sous forme d'ADN dans des cellules. Le problème : les véhicules de transport qu'ils utilisent actuellement à cet effet ne peuvent être chargés que d'une quantité limitée d'ADN.

Supprimer les répétitions de l'ADN

Le principe de base derrière ce nouveau type de compression de l'ADN correspond à celui du zippage d'un fichier numérique : "Les éléments qui apparaissent plusieurs fois dans la séquence d'ADN qui doit être introduite ne sont transférés qu'une seule fois", explique Benenson.

Cela concerne par exemple les promoteurs, c'est-à-dire les sections de l'ADN qui régulent si et comment le gène correspondant est lu. Si l'ADN qui doit être transporté dans une cellule contient quatre gènes différents qui ont tous le même promoteur, celui-ci n'est fourni qu'une seule fois.

Emballé de justesse et remonté à l'arrivée

Mais l'élimination des redondances ne s'arrête pas là. Les chercheurs de l'ETH assemblent également l'ADN pour le transport dans la cellule selon des règles spéciales. Benenson parle d'un "codage compressé".

Les quatre gènes de notre exemple re?oivent donc en premier lieu un promoteur commun. Ensuite, les chercheurs alignent les quatre séquences de gènes codantes de manière compacte sur le double brin d'ADN. Ils dotent le tout de différentes séquences d'arrêt et - très important - de différents sites de liaison pour une recombinase. Cette enzyme est capable d'ouvrir, de tourner et de réassembler les brins d'ADN.

"La recombinase joue le r?le de logiciel de décompression", explique Benenson. Elle s'assure que les composants de l'ADN compressé sont assemblés dans la cellule de manière entièrement fonctionnelle. Pour les quatre gènes pris en exemple, cela signifie que chacun d'entre eux, réassemblé, re?oit à nouveau son propre promoteur.

Des programmes génétiques reconnaissent les cellules tumorales

Benenson et Lapique ont pu montrer que cette nouvelle méthode permettait effectivement d'introduire de grands "programmes génétiques" dans des cellules de mammifères. "Ceux-ci sont de fabrication humaine et exécutent certaines t?ches dans les cellules", explique Benenson. En d'autres termes, ils comprennent tout un arsenal de composants biologiques tels que des protéines et des acides ribonucléiques (ARN), qui travaillent de manière coordonnée dans la cellule vers un objectif commun défini par les scientifiques. Dans le domaine de la biotechnologie, certaines substances à la structure complexe, comme les principes actifs des médicaments, pourraient être produites de cette manière.

Le groupe de Benenson travaille toutefois sur des programmes génétiques qui devraient à l'avenir ma?triser des t?ches beaucoup plus compliquées. Par exemple, le "cancer targeting". Cela signifie que le programme peut reconna?tre certaines substances, appelées marqueurs, dans une cellule. En fonction de leur concentration, il décide si la cellule est saine ou s'il s'agit d'une cellule tumorale - que le programme peut tuer de manière autonome. Il s'agit donc d'une sorte de solution tout-en-un pour la lutte contre les tumeurs, qui va de l'examen à la thérapie en passant par le diagnostic. Les chercheurs ont pu montrer que cette approche fonctionne dans des cultures cellulaires et ils souhaitent maintenant la tester dans des organismes vivants.

Un diagnostic plus précis gr?ce à une nouvelle méthode

Avec les véhicules de transport d'ADN actuellement disponibles, la précision pour décider s'il s'agit d'une cellule saine ou cancéreuse n'est pas encore assez élevée. La raison en est que jusqu'à présent, il n'est pas possible d'utiliser suffisamment de marqueurs différents à la fois, car seule une quantité limitée d'ADN peut être transmise.

"Une combinaison de quatre à six marqueurs serait optimale", explique Benenson. Mais pour pouvoir les détecter tous, il faut aussi un nombre correspondant de capteurs qui reconnaissent les marqueurs. Plus de capteurs - il s'agit de protéines, de composants d'ARN et d'ADN - signifie aussi plus d'ADN, qui doit entrer dans la cellule comme son plan de construction.

Les chercheurs espèrent maintenant pouvoir étendre le programme à d'autres capteurs à l'aide du nouveau procédé de compression et de décompression de l'ADN et ainsi augmenter le taux de réussite.

Emprunts aux technologies de l'information

Ce n'est pas un hasard si les programmes génétiques que Benenson et Lapique développent ont une structure logique et fonctionnent de manière similaire aux programmes informatiques. "Nous nous inspirons souvent de l'informatique et des technologies de l'information pour nos recherches", explique Benenson. Il prend visiblement plaisir à penser "hors de la bo?te". Dans le cas de la nouvelle méthode de transport de l'ADN, on pourrait donc dire : heureusement qu'il y a des limites de taille pour les annexes des e-mails.