MADRID, 21 (EUROPA PRESS)
Des équipes dirigées par le Conseil national de la recherche scientifique (CSIC), une entité rattachée au ministère des Sciences, de l'Innovation et des Universités, et le Barcelona Supercomputing Center – National Supercomputing Center (BSC-CNS) ont développé une stratégie pour reprogrammer génétiquement des bactéries sans avoir besoin d'insérer des gènes externes, comme cela se fait souvent en biotechnologie.
La technique, appelée « GenRewire », permet de réorienter les protéines dans leur génome pour développer de nouvelles capacités sans compromettre leur fonction naturelle, selon le CSIC.
Les chercheurs soulignent que le génie génétique est très courant en biotechnologie pour doter les bactéries de nouvelles capacités leur permettant, par exemple, de produire des substances d'intérêt industriel ou médical, ou de dégrader des polluants environnementaux. Cependant, jusqu'à présent, la modification des fonctions cellulaires bactériennes était obtenue en introduisant du matériel génétique étranger dans les cellules à l'aide de diverses techniques et éléments, tels que les plasmides, de petites molécules d'ADN extrachromosomiques capables de se transmettre d'une bactérie à une autre.
Par rapport aux techniques traditionnelles de génie génétique, qui reposent sur l'introduction d'ADN étranger, l'étude publiée dans la revue Trends in Biotechnology propose un changement de paradigme. « Notre méthode repose sur une idée simple : si les protéines natives peuvent être remodelées informatiquement pour créer quelque chose de nouveau, il n'est pas nécessaire de modifier l'équilibre génétique de la cellule avec des éléments externes », explique Manuel Ferrer, chercheur du CSIC à l'Institut de catalyse et de pétrochimie (ICP-CSIC) et coordinateur de l'étude.
Afin de valider la technologie développée, les scientifiques ont appliqué cette méthode pour permettre à la bactérie Escherichia coli de dégrader des particules de plastique PET (polyéthylène téréphtalate) de taille nanométrique. Ces nanoplastiques sont omniprésents dans notre quotidien, utilisés dans l'emballage et l'industrie textile, et sont devenus des polluants ayant un impact significatif sur l'environnement et la santé humaine.
Cette prouesse a été obtenue en reprogrammant deux protéines bactériennes, sans insertion de gènes externes. « Notre approche est unique car elle combine intelligence artificielle, simulation par supercalcul et édition génétique précise pour intégrer de nouvelles activités aux protéines naturelles », explique Víctor Guallar, chercheur au BSC et coordinateur de l'étude. Les protéines modifiées remplacent les protéines d'origine dans le génome, permettant ainsi à la cellule de maintenir son équilibre biologique.
De plus, la technique « GenRewire » se distingue par son fonctionnement simple : elle consiste à analyser les protéines codées par un génome sur un superordinateur, puis à les reprogrammer à l'aide d'outils informatiques pour réaliser une fonction souhaitée.
« Nous avons reprogrammé les bactéries virtuelles en seulement trois ou quatre semaines, grâce aux avancées récentes dans les méthodes structurelles de l'IA, à nos algorithmes de simulation mécanique et à la puissance de supercalcul de MareNostrum 5 », ajoute Joan Giménez, chercheur au BSC et l'un des premiers auteurs de l'étude.
Alors que les méthodes conventionnelles ajoutent des gènes exogènes pour induire une nouvelle réaction bactérienne, « GenRewire » obtient le même résultat sans introduire d'ADN étranger. « Cela évite des problèmes tels qu'une mauvaise croissance bactérienne ou un système instable. Nous avons démontré qu'il est possible de remodeler les bactéries de l'intérieur, sans altérer leur nature par des éléments externes », expliquent Paula Vidal et Laura Fernández, chercheuses du CSIC à l'Institut de catalyse et de pétrochimie et premières auteures de l'étude.
« Nous avons démontré que cette technologie peut compléter l’ingénierie métabolique conventionnelle, permettant à des bactéries comme Escherichia coli de dégrader le plastique et de transformer ses déchets en produits de valeur », indiquent-ils.
Selon les chercheurs, cette méthode pourrait être appliquée à d'autres organismes et devenir un outil essentiel pour reprogrammer les génomes sans introduire de protéines ou de gènes étrangers. « Appliquée, par exemple, au génome humain ou aux cultures, elle réduit non seulement le risque de rejet par le système immunitaire, mais permet également de surmonter les obstacles juridiques et éthiques qui se posent souvent lors de l'utilisation d'ADN étranger », concluent-ils.
