Que la lumière soit, et le processus s'arrête

L'antibiotique tétracycline (Tc) et son dérivé anhydrotétracycline (aTC) sont souvent utilisés en biotechnologie et en biologie synthétique. Ces deux molécules influencent l'activité des gènes. La Tc inhibe généralement la machinerie cellulaire pour la production de protéines. L'aTc est utilisée pour libérer des gènes spécifiques. Cela se fait indirectement : l'aTc se lie à une molécule attachée au gène correspondant et l'empêche d'être lue par la machinerie cellulaire de production de protéines. Gr?ce à cette liaison, le complexe se détache du gène et la production de la protéine qu'il code peut commencer.

Utiliser Tc et aTc comme régulateurs dans des expériences de culture cellulaire présente toutefois des inconvénients : Les deux molécules restent dans la culture et ne peuvent pas être enlevées. De ce fait, les processus qu'elles régulent ne peuvent plus être stoppés.

Une équipe de chercheurs dirigée par Mustafa Khammash du Département des systèmes biologiques de l'ETH Zurich à B?le vient de découvrir une nouvelle astuce : Comme de nombreux autres produits chimiques, le Tc et l'aTc sont par nature sensibles à la lumière. Lorsqu'ils sont touchés par les UVA, ils perdent leur capacité à inhiber l'activité des gènes. Les chercheurs de l'ETH exploitent désormais ce phénomène pour faire du Tc et de l'aTc des régulateurs de transcription et de croissance contr?lables de manière dynamique. Leur travail a été publié récemment dans la revue spécialisée page externeNature Communications.

Une réglementation plus simple

"L'utilisation de molécules naturellement sensibles à la lumière, comme l'aTc et le Tc, nous rend la vie beaucoup plus facile", explique Armin Baumschlager à propos de cette nouvelle approche. Il est post-doctorant chez Khammash et premier auteur de l'étude correspondante. Il n'est désormais plus nécessaire d'introduire dans les cellules utilisées des gènes supplémentaires qui transmettent la sensibilité à la lumière. Ainsi, des groupes de recherche non spécialisés pourraient désormais travailler avec des réseaux optogénétiques.

En biologie, le contr?le de l'activité des gènes par la lumière est appelé optogénétique. Il est ainsi possible de contr?ler des cellules comme E. coli-Les chercheurs ont également mis au point une méthode permettant d'amener des bactéries à effectuer une réaction spécifique, comme la production d'une protéine, en réponse à des impulsions lumineuses. Outre des substances telles que le Tc ou l'aTc, il est également possible d'utiliser des enzymes sensibles à la lumière à cette fin. Par le passé, les scientifiques ont créé des réseaux génétiques complexes dans lesquels ils ont inséré les gènes de ces enzymes. Toutefois, ceux-ci ont également un inconvénient : ils ne restent actifs que s'ils sont exposés en permanence à la lumière.

L'utilisation de substances sensibles à la lumière permet ainsi d'induire des et la désactivation d'un réseau. On l'active en ajoutant par exemple une certaine quantité d'aTc à la culture cellulaire. Si, après un certain temps, on éclaire la culture avec des UVA, le processus peut être rapidement et complètement arrêté. "L'inactivation de l'aTc par la lumière est comparable à l'élimination de la substance du système", explique Baumschlager.

Si l'on souhaite relancer le processus, on ajoute à nouveau de l'aTc à la culture cellulaire. "De tels cycles peuvent être répétés plusieurs fois sans que les cellules ne soient endommagées", explique le chercheur. "Dans cette étude, nous avons montré que nous pouvons très bien réguler l'aspect temporel de l'activation et de l'inactivation".

Nouveaux schémas de contr?le

Exploiter la sensibilité des molécules à la lumière pour contr?ler des processus biologiques permet aux chercheurs de développer des schémas de contr?le entièrement nouveaux pour la biotechnologie. Les chercheurs de l'ETH s'emploient actuellement à les appliquer à plus grande échelle. Jusqu'à présent, ils n'ont testé le système que dans des éprouvettes. Ils prévoient maintenant de faire des essais avec des bioréacteurs de quelques litres de volume. D'autres molécules sensibles à la lumière, comme par exemple d'autres antibiotiques, pourraient également être utilisées comme régulateurs.

Cette méthode pourrait être utilisée pour la production de certaines protéines à usage thérapeutique, comme les anticorps ou les vitamines précieuses, en contr?lant leur production de manière optimale par l'ajout ou l'inactivation d'aTc. "Notre nouveau procédé devrait être intéressant pour l'industrie pharmaceutique, car il est beaucoup plus simple à manipuler et à développer", conclut Baumschlager.