Phillip Hopkins
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Il y a quelques milliards d'années, quatre molécules ont dansé dans l'élégante structure à double hélice de l'ADN, qui fournit les codes de la vie sur notre planète. Mais ces quatre acteurs étaient-ils vraiment fondamentaux pour l'apparition de la vie - ou d'autres auraient-ils aussi pu donner naissance à notre code génétique??
Une nouvelle étude, publiée aujourd'hui (20 février) dans la revue Science, soutient cette dernière proposition: les scientifiques ont récemment moulé un nouveau type d'ADN dans son élégante structure à double hélice et ont découvert qu'il avait des propriétés qui pourraient soutenir la vie.
Mais si l'ADN naturel est une histoire courte, cet ADN synthétique est un roman de Tolstoï.
Les chercheurs ont conçu l'ADN synthétique en utilisant quatre molécules supplémentaires, de sorte que le produit résultant ait un code composé de huit lettres au lieu de quatre. Avec l'augmentation des lettres, cet ADN avait, une bien plus grande capacité à stocker des informations. Les scientifiques ont appelé le nouvel ADN «hachimoji» - ce qui signifie «huit lettres» en japonais - développant les travaux antérieurs de différents groupes qui avaient créé un ADN similaire en utilisant six lettres. [La génétique en chiffres: 10 contes alléchants]
Ecrire le code
L'ADN naturel est composé de quatre molécules, appelées bases azotées, qui s'associent les unes aux autres pour former le code de la vie sur Terre: A se lie à T; G se lie avec C. L'ADN Hachimoji comprend ces quatre bases naturelles, ainsi que quatre autres bases nucléotidiques synthétiques: P, B, Z et S.
Le groupe de recherche, qui comprenait plusieurs équipes différentes à travers les États-Unis, a créé des centaines de ces doubles hélices Hachimoji avec différentes combinaisons de paires de bases nucléotidiques naturelles et synthétiques. Ensuite, ils ont mené une série d'expériences pour voir si les différentes doubles hélices avaient les propriétés nécessaires pour soutenir la vie..
L'ADN naturel a une propriété caractéristique qu'aucune autre molécule génétique ne semble avoir: il est stable et prévisible. Cela signifie que les chercheurs peuvent calculer exactement comment il se comportera dans certaines températures et certains environnements, y compris lorsqu'il se dégradera..
Mais il s'avère que les chercheurs ont également pu le faire avec l'ADN Hachimoji - ils pourraient proposer un ensemble de règles qui peuvent prédire la stabilité de l'ADN lorsqu'il est exposé à différentes températures..
Exigences pour la vie
La découverte qu'il est possible d'ajouter les quatre bases synthétiques tout en obtenant un «code prévisible et programmable… c'est tout simplement sans précédent», a déclaré Floyd Romesberg, professeur de chimie à Scripps Research en Californie, qui ne faisait pas partie de l'étude mais qui recherche précédemment publiée sur un code à six lettres antérieur. Ce "document historique" suggère en effet que G, C, A et T "ne sont pas uniques", a déclaré Romesberg .
Auteur principal Steven Benner,un membre distingué de la Fondation pour l'évolution moléculaire appliquée en Floride, a accepté. Si ailleurs dans l'univers, la vie est également codée dans l'ADN, ce ne sera pas "exactement comme ce que nous avons ici sur Terre", a déclaré Benner. "Il est très utile d'avoir ce genre d'expériences en laboratoire pour comprendre quelles structures alternatives [pourraient exister]."
Mais créer un ADN qui stocke des informations ne suffit pas, a noté Benner. Il doit également avoir la capacité de transférer ces informations à sa molécule sœur ARN, de sorte que cet ARN puisse ensuite ordonner aux protéines de mener à bien toutes les activités d'un organisme..
Dans cet esprit, les chercheurs ont développé des enzymes synthétiques - des protéines qui facilitent une réaction - qui ont copié avec succès l'ADN Hachimoji dans l'ARN Hachimoji. De plus, ils ont découvert que la molécule d'ARN était capable de se plier en une sorte de forme en L qui lui serait nécessaire pour transférer davantage d'informations..
De plus, les brins d'ADN doivent pouvoir se tordre dans la même structure tridimensionnelle - la célèbre double hélice.
L'équipe a créé trois structures cristallines d'ADN de Hachimoji, chacune avec des séquences différentes des huit paires de bases, et a constaté qu'en effet, chacune formait la double hélice classique..
Pourtant, pour que l'ADN Hachimoji soutienne la vie, il y a une cinquième exigence, a déclaré Benner. Autrement dit, il doit être autonome ou avoir la capacité de survivre par lui-même. Cependant, les chercheurs se sont arrêtés avant d'étudier cette étape, afin d'éviter que la molécule ne devienne un danger biologique qui pourrait un jour se frayer un chemin dans les génomes des organismes sur Terre..
Un vocabulaire en expansion
En plus d'apercevoir des alternatives pour la vie dans le cosmos, ce brin d'ADN de huit lettres a également des applications ici sur notre planète. Un alphabet génétique de huit lettres stockera plus d'informations et se liera à certaines cibles plus spécifiquement, a déclaré Benner. Par exemple, l'ADN Hachimoji peut être utilisé pour se lier aux cellules cancéreuses du foie ou aux toxines du charbon, ou être utilisé pour accélérer les réactions chimiques..
"En augmentant le nombre de lettres de six à huit, la diversité des séquences d'ADN est considérablement augmentée", Ichiro Hirao, biologiste moléculaire synthétique à l'Institut de bio-ingénierie et nanotechnologie, A * STAR à Singapour qui ne faisait pas non plus partie de l'étude , a déclaré dans un e-mail. (L'équipe de Hirao a également été impliquée, cependant, dans des recherches antérieures qui ont créé des brins d'ADN à six lettres)
Bien sûr, "ce n'est qu'une première démonstration" d'une double hélice d'ADN à huit lettres, et pour une utilisation pratique, nous devons améliorer la précision et l'efficacité de la réplication et de la transcription en ARN, a déclaré Hirao dans un courriel. Il imagine qu'ils pourraient éventuellement être en mesure d'accumuler encore plus de lettres.
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