L’élément génétique synthétique permet l’étude des fonctions moléculaires dans une variété d’organismes hôtes :

Plus de 60 % de tous les médicaments, y compris les antibiotiques et les traitements contre le cancer, sont dérivés de produits naturels sous forme de petites molécules codées par des gènes métaboliques. Ces molécules forment souvent des structures chimiques complexes, façonnées par des milliards d’années d’évolution à travers une gamme variée de formes de vie couvrant les bactéries, les plantes et les humains. Pourtant, les centaines de milliers de voies génétiques individuelles qui rendent ces structures possibles et maintiennent ainsi la vie restent largement inexplorées, en partie à cause de la complexité décourageante des variations des interactions génétiques et moléculaires entre les espèces.

Cependant, les scientifiques de Yale ont développé une nouvelle technologie de biologie synthétique qui agit comme une sorte de traducteur universel capable de suivre des gènes jusque-là inexplorés et des événements métaboliques individuels dans différents organismes, rapportent-ils dans le numéro en ligne du 1er avril de la revue. Cellule:.

“Vous pouvez le considérer comme un langage génétique universel, une sorte de pierre de Rosette qui peut déverrouiller les gènes et les molécules cachés de la vie”, a déclaré Farren Isaacs, professeur agrégé de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à la Faculté des arts et des sciences de Yale. et co-auteur principal de l’article.

L’une des nouvelles frontières à explorer, a-t-il dit, est le microbiome humain, où des milliards de bactéries interagissent avec leur hôte et ont un impact profond sur la santé humaine. Les interactions génétiques entre le microbiome et les cellules humaines sont très prometteuses pour améliorer la compréhension des maladies et développer de nouvelles thérapies médicales. Cependant, moins de 1% de toutes les voies génétiques potentielles qui affectent ces interactions entre espèces ont été explorées.

L’étude de ces voies génétiques a été entravée par l’incapacité de cultiver des micro-organismes en dehors de leur environnement natif et dans des conditions de laboratoire. Et les gènes codant pour ces métabolites sont souvent réduits au silence, rendant impossible la découverte de produits naturels.

Afin d’étudier ces interactions, les laboratoires d’Isaacs et du co-auteur principal Jason Crawford, professeur agrégé de chimie et de pathogenèse microbienne et directeur de l’Institut de conception et de découverte biomoléculaires, ont utilisé la biologie computationnelle et la synthèse d’ADN pour créer une seule « synthèse génétique élément, “ou SGE. SGE, généré à partir d’un logiciel de conception assistée par ordinateur développé par l’équipe, reconçoit les voies génétiques afin qu’elles puissent être activées dans une variété d’organismes hôtes permettant aux chercheurs de déterminer leurs fonctions moléculaires.

“Nous avons repensé des séquences de gènes et leurs promoteurs qui contrôlent leurs fonctions dans divers organismes”, a déclaré Jaymin Patel, étudiant diplômé de Yale dans les laboratoires de Crawford et Isaacs et premier auteur de l’étude.

À l’aide du nouvel outil, les chercheurs ont pu découvrir comment une voie génétique du microbiome humain encodait une classe de métabolites jusque-là inconnue qu’ils appelaient tyrocitabines. Ces métabolites inhibent l’activité traductionnelle et sont impliqués dans des dizaines d’autres voies encore à découvrir, rapportent les chercheurs.

“Des voies apparentées mais actuellement non caractérisées sont largement distribuées dans divers génomes, ce qui suggère qu’une grande partie de la diversité chimique et biologique spécialisée des nucléotides attend toujours d’être découverte”, a déclaré Crawford.

Les deux laboratoires de Yale travaillent maintenant à intensifier l’utilisation de cette nouvelle découverte pour éventuellement explorer des milliers de voies génétiques jusque-là inconnues qui pourraient expliquer le rôle de ces métabolites dans la nature et apporter d’éventuels avantages thérapeutiques.

“Cela ouvre la voie à l’utilisation d’un tout nouveau moteur de découverte de la biologie synthétique pour identifier des dizaines de nouveaux produits naturels”, a déclaré Isaacs. “Nous sommes prêts à le monter en puissance.”