Biologie de synthèse : réalité ou fiction ?

[C-3PO]

L'acide xénonucléique (AXN) est un polymère génétique non-naturel, basé sur des structures simples de type nucléique qui peut porter des informations génétiques comme le font l'ADN et l'ARN… depuis l’origine de la vie. Mais les recherches avancent en matière de « biologie de synthèse », ce qui pourrait à terme permettre de créer des êtres vivants possédant un système génétique différent ! Dès 2010 des chercheurs ont remplacé l’une des quatre bases A, C, G, T de l’ADN, la thymine, par une autre molécule, certes dans une bactérie, mais ce fut tout de même une grande première. Puis d’autres bases ont pu être remplacées. Ainsi sont nés les acides xénonucléiques (AXN, ou XNA en anglais), des polymères génétiques non-naturels qui peuvent porter des informations génétiques, et sont dotés de capacités d’hérédité et d’évolution ! Voilà pour la réalité… actuelle.
Côté fiction, cela avance aussi ! Dans l’excellent techno-thriller « Life++, la Vie augmentée », l’auteur Rémi Gageac a imaginé qu’une multinationale a mis au point un autre code génétique, où les codons (unités d’information) de l’ADN sont constitués de quatre bases (par exemple GCAA), au lieu de trois. Ce système « quadricode » augmente fortement le nombre des possibilités pour la production d’acides aminés et permet de créer de nouvelles fonctionnalités. Le monde vivant est ainsi devenu programmable, c’est la « bioinformatique » ! Bon, ça se passe en 2060, nous avons un peu de temps devant nous…  Mais finalement, ne pourrait-on pas parvenir un jour à ce degré de manipulation de la Vie ? Qu’en pensez-vous ?
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[vpharmaco]

Côté fiction, cela avance aussi ! Dans l’excellent techno-thriller « Life++, la Vie augmentée », l’auteur Rémi Gageac a imaginé qu’une multinationale a mis au point un autre code génétique, où les codons (unités d’information) de l’ADN sont constitués de quatre bases (par exemple GCAA), au lieu de trois. Ce système « quadricode » augmente fortement le nombre des possibilités pour la production d’acides aminés et permet de créer de nouvelles fonctionnalités. Le monde vivant est ainsi devenu programmable, c’est la « bioinformatique » ! Bon, ça se passe en 2060, nous avons un peu de temps devant nous…  Mais finalement, ne pourrait-on pas parvenir un jour à ce degré de manipulation de la Vie ? Qu’en pensez-vous ?

J'en pense que c'est le fond de commerce de Jason Chin depuis 2010 http://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/ccsb/ . L'article de reference : Encoding Multiple Unnatural Amino Acids via a Quadruplet Decoding Ribosome, Nature. 2010 468:441-444.

Mais il reste encore un pas de géant à effectuer entre ce genre de travaux de très haute voltige et la "programmation de la vie".
Je ne crois pas vraiment aux géants...

[adriend]

Ça alors ! J'ai lu Life++ il y a quelques semaines. (Au passage, je vous le recommande : intellectuellement stimulant ; suspense prenant ; l'héroïne est assez attachante ; on peut toutefois regretter un style qui manque parfois de fluidité, mais je chipote...)

Je pensais que l'auteur avait tout inventé ! À la lecture de votre post, j'ai repris le bouquin sur l'étagère, et je m'aperçois effectivement qu'il mentionne (page 14) que les quadricodes auraient été découverts « dans un laboratoire de Cambridge, au Royaume-Uni, aux alentours des années 2000 ». Comme quoi... Une preuve de plus que cet ouvrage est fort bien documenté... de mon humble point de vue de profane. Je serais curieux de savoir ce qu'un spécialiste de la biologie en pense.

[youhouhou]

Le monde vivant est ainsi devenu programmable, c’est la « bioinformatique » (en 2060)

C'est une question même si ça n'en a pas l'air : il y a une grosse différence entre programmable et bidouillable. Vous qui avez connaissance des dernières avancées sur la génétique, pensez-vous qu'un jour on pourra manipuler certains gènes presque comme un langage de programmation, en sachant précisément ce qu'on fait ? Ou bien l'évolution a-t-elle fait exactement ce qu'il faut pour s'adapter aux réactions chimiques bizarroïdes et ainsi rendre l'ADN parfaitement hermétique et impossible à programmer, nous condamnant jusqu'à la fin des temps à ne pouvoir que bidouiller l'ADN en le modifiant plus ou moins au pif ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[C-3PO]

Merci à tous pour vos éclaircissements ! Les travaux de Jason Chin ont été médiatisés en 2010. J'ai trouvé par exemple cet article :
http://www.pourlascience.fr/ewb_page...ndit-24460.php
Il a réussi à produire des protéines contenant des acides aminés non naturels, et le système à codons "quadruplets" élargit considérablement le champ des possibles...
En tous les cas, le parallèle entre les développements autour du code génétique et les logiciels, basés eux sur le code informatique, est intelligemment exploité par le roman Life++ : des virus propagés par des "bio-hackers" peuvent jouer les troubles fête dans ce système de "Vie augmentée" vendu à la population (d'accord avec Adriend, c'est une fiction passionnante !). 2060, ça me paraît un peu tôt pour en arriver là... mais je pense que l'Homme finira par se transformer en dehors de l'évolution biologique, que ce soit en s'adjoignant des prothèses issues de l'informatique ou... en "bricolant" la génétique.

[youhouhou]

C-3PO : je crois vraiment que pour le moment la génétique en est au strict bidouillage.

comme quand ta carte mère a grillé et que tu cherches le composant qui est noirci, ce n'est pas trop comparable avec comprendre l'ensemble des circuits de la carte-mère et de savoir les reprogrammer et les améliorer.

mais j'aimerais comprendre comment on peut se faire une idée sur si oui ou non on restera toujours au niveau bidouillage, ou bien si l'ADN des êtres vivants actuels a l'air d'être suffisamment structuré pour que la rétro-ingénierie puisse permettre d'aller jusqu'à savoir reprogrammer l'ADN en comprenant exactement ce qu'on fait.

c'est la même différence qu'entre un programme informatique dont on a le code source, et un autre dont on a uniquement l'exécutable et qu'en plus il a été obfusqué.

[minushabens]

(...) autre code génétique, où les codons (unités d’information) de l’ADN sont constitués de quatre bases (par exemple GCAA), au lieu de trois. Ce système « quadricode » augmente fortement le nombre des possibilités pour la production d’acides aminés et permet de créer de nouvelles fonctionnalités.

je ne vois pas bien en quoi un code sur 4 bases permettrait d'obtenir plus de protéines qu'un code sur 3 bases. C'est comme si tu disais qu'on peut écrire plus de nombres en décimal qu'en binaire. Et bien non, ce sont exactement les mêmes nombres.

[Flyingbike]

ben non ! sur 3 bases on est limité a 4^3 soit 64, alors que sur 4 on a 4^4 soit 4 fois plus de combinaisons

[minushabens]

oui mais comme il n'y a que 20 acides aminés, 64 ça suffit bien.

cela dit, un code à 4 lettres permet plus de souplesse dans les mutations (j'imagine) et donc ça aurait une influence sur l'évolution.

[Deedee81]

Salut,

ben non ! sur 3 bases on est limité a 4^3 soit 64, alors que sur 4 on a 4^4 soit 4 fois plus de combinaisons

En effet, la comparaison décimal - binaire n'est pas bonne puisque la base ici reste la même (c'est en base 4).
Par contre on écrit plus de nombres avec 4 chiffres qu'avec 3, dans une base quelconque donnée.

EDIT croisement, oui, en effet, j'ai pensé à la limite du nombre d'acides aminés. Mais le but n'est pas d'en avoir plus ? (on n'est pas limité aux acides aminés naturels en biologie de synthèse)

[youhouhou]

Et donc moi ça me parait évident qu'un programme informatique qui mute de génération en génération au hasard des lois de la chimie, des mutations génétiques et de l'évolution Darwinienne (l'ADN d'un être vivant ce n'est finalement rien de plus que ça) est forcément obfusqué par nature ; et que pour avoir un code génétique clair structuré et donc re-programmable il aurait fallu une certaine réflexicivité qu'aucun être vivant à part l'Homme n'avait jusqu'à présent.

Ceci étant un sérieux frein au futur développement de la biologie de synthèse.

[Deedee81]

Salut,

Ceci étant un sérieux frein au futur développement de la biologie de synthèse.

J'avais lu un très bon article il y a quelque mois (dans La Recherche si ma mémoire est bonne). Ils disaient en substance que la discipline était encore en grande partie à la recherche (ou l'élaboration) de ses outils, protocoles, etc... Il est clair que ce n'est pas un sujet facile.

[youhouhou]

cet article me paraît aller plutôt dans le sens de mon propos :

http://msb.embopress.org/content/1/1/2005.0018
Natural biological systems are selected by evolution to continue to exist and evolve. Evolution likely gives rise to complicated systems that are difficult to understand and manipulate. Here, we redesign the genome of a natural biological system, bacteriophage T7, in order to specify an engineered surrogate that, if viable, would be easier to study and extend.

de l'équipe de Drew Endy https://fr.wikipedia.org/wiki/Biolog...9.C3.A9criture

ou leurs article dans Nature :
http://i-campus.net/news/articles/iG...ew-Foundns.pdf

[siltoon]

C'est "presque" le sujet, mais depuis 2010, on sait "recréer" entièrement une bactérie à partir d'ADN "conventionnel" (ACGT).
Pour cela on "dépouille" de tout son ADN une bactérie existante (en l'occurence ici un Mycoplasme ayant l'avantage d'avoir un tout petit génome et peu de gène), et on y "réinjecte" l'ADN d'une autre bactérie (un autre mycoplasme toujours) pour lequel on a re-synthetiser tout l'ADN.
Au final, on bien a un nouveau type de mycoplasme et donc "organisme" synthétique.

C'est sur que c'est moins fun que ce que décrit OP, mais ça à l'avantage d'être réel

L'article original paru dans Science : http://www.sciencemag.org/content/329/5987/52.full

[youhouhou]

L'article original paru dans Science : http://www.sciencemag.org/content/329/5987/52.full

c'est impressionnant.

et ça me fait dire qu'ils ont de la chance les gens qui travaillent dans ce domaine, il y a tellement d'expériences intéressantes à faire à partir de ce genre de résultat, que ça en devient "trop facile" de faire un article / une thèse.

[minushabens]

Et donc moi ça me parait évident qu'un programme informatique qui mute de génération en génération au hasard des lois de la chimie, des mutations génétiques et de l'évolution Darwinienne (l'ADN d'un être vivant ce n'est finalement rien de plus que ça) est forcément obfusqué par nature ; et que pour avoir un code génétique clair structuré et donc re-programmable il aurait fallu une certaine réflexicivité qu'aucun être vivant à part l'Homme n'avait jusqu'à présent.

je ne vois pas bien le lien que tu fais entre programmation et code génétique. Ce qu'on appelle code génétique c'est la correspondance entre séquence de nucléotides dans l'ADN et séquence d'acides aminés dans le peptides produit. Cette correspondance n'évolue plus de nos jours (en tout cas ce n'est pas observé). Ce qui évolue ce sont les séquences.

[vpharmaco]

et ça me fait dire qu'ils ont de la chance les gens qui travaillent dans ce domaine, il y a tellement d'expériences intéressantes à faire à partir de ce genre de résultat, que ça en devient "trop facile" de faire un article / une thèse.

"Facile" me semble un peu vite dit quand le groupe en question explique que la réalisation de ce projet à occuper l'équipe (et je suppose un bon nombre de doc et postdocs) pendant 15 ans... http://www.jcvi.org/cms/research/pro...cell/overview/

En tant que chimiste, je trouve qu'il y a pas mal de ressemblances entre l'évolution de la biologie synthétique et celle de la synthèse totale en chimie organique. On retrouve des deux côtés :
- des grosses équipes avec des gros moyens : pour réaliser ce genre de projets il faut beaucoup de matière grise et beaucoup de mains;
- des efforts qui conduisent à de belles avancées méthodologiques et technologiques, et qui pour certaines vont disséminer rapidement dans d'autres domaines. L'introduction d'acides aminés non-naturels dans des protéines est typiquement quelque chose d'hyper utile et qui est utilisé par de nombreux laboratoires (par contre, la technique des quadruplets de Jason Chin peine, il me semble, à trouver des applications dans "le monde réel").
- des disciplines qui tournent parfois à une compétition à qui pisse le plus loin, où l'on cherche plus à faire des prouesses techniques, qu'à répondre à des questions scientifiques:
"Pourquoi avez vous réaliser tel projet? Bah..., pour montrer qu'on pouvait le faire..."

Ca a longtemps été le cas en synthèse totale: Cela a permis de former des bataillons de jeunes chercheurs hyper-compétents techniquement ,et de faire de belles avancées méthodologiques qui ont fait avancé la chimie orga en général. Par contre, après quelques décennies, l'intérêt est fortement retombé et les projets qui visent à synthétiser en 10 ans un produit naturel n'ont plus vraiment la côte.

Sur les aspects "programmation de la vie / vie augmenté", j'ai l'impression que les biologistes sont tout de même bien moins mégalo que les informaticiens/physiciens: le dur travail à la paillasse, çà calme pas mal les ambitions démesurées

[C-3PO]

Même si le système des codons à quadruplets de Jason Chin est trop difficile à maîtriser, de nouveaux outils de manipulation génétique sont mis au point : regardez le système CRISPR-CAS9, qui permet de modifier l’ADN d’une cellule de façon ciblée, et qui progresse à grand pas dans des labos du monde entier : « à plus long terme, toute cellule et tout organisme seront susceptibles d’être modifiés en utilisant Cas9, ultime étape de la domestication du vivant » (Pour la Science n°456, page 32). Bref, dans un futur plus ou moins lointain, le scénario global du roman d’anticipation Life++ La Vie augmentée pourrait tout de même s’appliquer : des modifications de l’ADN humain finiront par être autorisées (pour l’instant c’est permis pour les animaux et les plantes) et des « améliorations » du corps humain finiront par être commercialisées… Le transhumanisme est en marche, qu’on le veuille ou non !