Contr?ler l'activité des gènes avec la lumière

Gr?ce à cette plateforme, les chercheurs peuvent éclairer individuellement des cellules de levure avec une lumière bleue de durée et d'intensité variables. En introduisant des gènes étrangers, ces cellules ont été génétiquement modifiées pour réagir à la lumière de cette couleur en activant un facteur de transcription. Cela conduit ensuite à la transcription d'un gène spécifique.

Des protéines fluorescentes se fixent sur les transcrits de ce gène, les ARN messagers. Il en résulte des points fluorescents clairs lorsque la transcription est active. Les chercheurs peuvent alors visualiser et évaluer ces points par microscopie à fluorescence.

Les scientifiques ont couplé ce système à un ordinateur. Celui-ci évalue combien de molécules d'ARN sont transcrites à un moment donné et décide de la quantité de lumière que chaque cellule doit recevoir ensuite pour réguler sa transcription selon les directives.

Nouvelles perspectives sur la dynamique de la transcription

"Gr?ce à cet agencement, nous avons pu montrer que l'activation et la désactivation de la transcription se produisent très rapidement", explique le professeur Khammash de l'ETH. Son équipe a en outre pu constater que la transcription dans une cellule se déroule par poussées, dont la durée et l'apparition sont régulées par l'activité de facteurs de transcription. Gr?ce à leur mécanisme de rétroaction, les chercheurs ont également pu réduire les différences de taux de transcription entre différentes cellules.

Pour le tester (et célébrer le dixième anniversaire du Département des systèmes biologiques l'année dernière), les chercheurs ont projeté le chiffre 10 sur des cellules de levure à l'aide d'une lumière bleue. La transcription s'est alors déclenchée dans les cellules éclairées. Cela a entra?né la formation de points fluorescents clairs aux endroits souhaités.

Les signaux dynamiques réduisent la variabilité

La méthode de contr?le décrite a toutefois aussi ses limites : elle ne peut être appliquée que sous le microscope, mais pas dans des tubes à essai ou des bioréacteurs. Cela serait pourtant nécessaire pour contr?ler les processus biotechnologiques.

Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont étudié les possibilités de contr?ler les cellules avec des signaux dynamiques complexes. En comparant différents types de signaux, les chercheurs ont constaté, dans une étude publiée dans la revue spécialisée "page externeNature Communications"Les chercheurs ont constaté que les cellules individuelles réagissent avec une plus grande précision aux signaux pulsés qu'aux signaux constants. Cela permet désormais de mieux contr?ler, de manière simple, de grandes populations de cellules. En outre, les résultats indiquent une stratégie possible pour réguler la variabilité dans les populations de cellules naturelles.

Khammash se réjouit de la réussite de ces projets. Au début, lui et ses collègues auraient exploré la chose par pure curiosité, ils n'auraient pas envisagé d'applications concrètes. "Nous voulions avant tout savoir si nous pouvions canaliser le hasard dans la transcription de manière ordonnée", explique-t-il. "C'était un grand défi technique".

Entre-temps, il pense que sa plate-forme pourrait devenir une mine d'or. On peut imaginer différentes applications, surtout dans la recherche, où le contr?le de la transcription est important, dit-il. On pourrait ainsi développer très rapidement des prototypes de réseaux génétiques, car on pourrait désormais contr?ler la communication de cellule à cellule de l'extérieur et ne plus dépendre des molécules de signalisation. "Mais la plate-forme peut également devenir un outil important pour l'ingénierie tissulaire et la recherche sur les cellules souches". Les chercheurs vont maintenant examiner de plus près les applications de leur plateforme dans les années à venir et ont déjà re?u des fonds du programme FET open de l'UE à cet effet.