Des chercheurs découvrent des protéines inédites grâce à une avancée génétique
Une étude récente, publiée le 11 septembre dans la revue Nature Biotechnology, a réécrit l’alphabet génétique dans le but de synthétiser de nouvelles protéines inexistantes dans la nature, en utilisant des techniques innovantes. Cette étude a été menée par des scientifiques de l’Institut Scripps aux États-Unis, sous la direction du chercheur égyptien Ahmed Badran, professeur adjoint au département de biologie structurale et computationnelle de l’institut.
Matthew Hartman, professeur de chimie organique à l’Université de Virginie Commonwealth, a déclaré dans une déclaration obtenue par Al Jazeera : « La beauté du concept présenté dans cette étude réside dans sa facilité d’intégration dans de nombreux types de processus, car il nécessite simplement une conception réfléchie des gènes. »
Le code génétique
Une cellule vivante fonctionne en produisant des protéines spécifiques, grâce auxquelles elle remplit ses fonctions et interagit avec son environnement. L’insuline, par exemple, est une protéine sécrétée par les cellules bêta du pancréas pour maintenir les niveaux de sucre dans le sang. Cette protéine est formée à l’intérieur des cellules bêta par un mécanisme général utilisé par la majorité des cellules vivantes pour effectuer diverses tâches.
Les protéines constituent la base même de notre corps, allant des composants de nos muscles aux plus petits éléments fonctionnels dans les cellules. Pour leur synthèse, la cellule traduit une partie spécifique de l’ADN (acide désoxyribonucléique) présente dans son noyau en acides aminés, qui sont les unités de base des protéines. Ces acides s’unissent pour former les diverses protéines connues.
Pour mieux comprendre, imaginez qu’un film palpitant est stocké sur l’ordinateur de votre ami. Vous lui demandez la permission de le récupérer via une clé USB et de le lire sur votre ordinateur. Le film est écrit sur la clé dans un langage spécial, que votre ordinateur traduit pour afficher le film à l’écran. C’est en quelque sorte ce qui se passe lors de la synthèse des protéines dans nos corps, où les acides aminés sont créés à partir d’un code à trois lettres, connu sous le nom de codon. Chaque codon représente un acide aminé spécifique, par exemple, le tryptophane est traduit par le codon UGG, tandis que la méthionine est traduite par AUG.
Réécriture de l’alphabet génétique
Ahmed Badran et son équipe ont réussi à réécrire l’alphabet génétique en passant du codon à trois lettres, utilisé pour appeler les 20 acides aminés essentiels, à un alphabet à quatre lettres. Le but est d’inviter des acides aminés non essentiels supplémentaires, augmentant ainsi la biodiversité en créant des protéines inédites.
Badran a déclaré dans une interview : « Nous avons découvert des principes qui peuvent être facilement appliqués à l’ARN messager pour améliorer la façon dont le ribosome lit les séquences de bases quaternaires. En intégrant plusieurs acides aminés non traditionnels dans la même protéine, nous pourrons produire des protéines avec une chimie dépassant celle disponible dans la nature. »
Le groupe a également mené ce qu’on appelle un « pressor de codons », consistant à placer des codons tri-usage autour des codons quaternaires, de manière à améliorer considérablement l’efficacité du déchiffrement. Cela a permis au ribosome de lire correctement les codons quaternaires, facilitant ainsi l’intégration des acides aminés non traditionnels souhaités.
Un nouveau monde de protéines synthétiques
Badran déclare : « J’ai été enthousiasmé par le potentiel des nouvelles protéines et peptides sur la nature depuis un certain temps, et je pense qu’améliorer l’accès à des molécules chimiquement variées permettra aux chercheurs de développer une nouvelle génération de traitements. Cette étude — que j’espère être la première d’une longue série — est fortement alignée avec cette conviction. »
Pour prouver l’utilité de cette approche dans les cellules, l’équipe s’est concentrée sur la synthèse de ce que l’on appelle « des peptides cycliques programmables » en raison de leur grande stabilité, une propriété importante pour les composés chimiques. Les chercheurs de l’Institut Scripps ont réussi à intégrer trois acides aminés non traditionnels dans des protéines cycliques, modifiant avec succès leurs propriétés chimiques.
Badran conclut : « La véritable force de notre technique réside dans sa simplicité par rapport aux modèles précédents. Nous ne sommes pas le premier groupe à explorer le déchiffrement à quatre lettres ; le professeur Chen et Peter Schultz à l’Institut Scripps ont été des pionniers dans ce domaine, et nous construisons sur leur travail. Notre vision à long terme est d’étendre cette approche pour créer des protéines cycliques chimiquement diversifiées et à activités nouvelles. »
Un parcours inspirant
Badran, originaire de la ville de Tanta en Égypte, a émigré aux États-Unis durant ses années de lycée. Depuis, il a étudié la biochimie et la biologie moléculaire à l’Université de l’Arizona, ainsi que les sciences biochimiques et l’évolution dirigée à l’Université de Harvard, et la biologie synthétique appliquée au MIT.
Il déclare : « Au cours de cette période, j’ai vécu dans de nombreuses régions du monde et j’ai constaté comment les avancées scientifiques peuvent bénéficier à l’humanité, ce qui a façonné mon approche des sciences. Par exemple, ma jeunesse en Égypte et ma vie en Arizona ont été les moteurs de mon travail en laboratoire sur l’amélioration du changement climatique par l’ingénierie des protéines, alors que ces régions du monde sont menacées par la montée des températures mondiales. »