Les chercheurs de l'Université Macquarie, en collaboration avec une équipe internationale, ont achevé la création du dernier chromosome du premier génome de levure synthétique au monde. Cette réalisation marque une étape importante dans le projet mondial Sc2.0 visant à construire un génome eucaryote synthétique à partir de Saccharomyces cerevisiae (levure de boulanger) et d'un néochromosome tRNA nouveau-né.
En utilisant des techniques avancées d'édition du génome, y compris le protocole CRISPR D-BUGS, l'équipe a identifié et corrigé des erreurs génétiques affectant la croissance de la levure. Ces corrections ont restauré la capacité de la souche à croître sur du glycérol, une source de carbone essentielle, à des températures élevées.
Les résultats, publiés dans Nature Communications, montrent comment des chromosomes d'ingénierie peuvent être conçus, construits et débogués pour créer des organismes plus résilients, potentiellement sécurisant les chaînes d'approvisionnement pour la nourriture et les médicaments face au changement climatique et aux futures pandémies.
Le professeur Sakkie Pretorius, co-investigateur principal et vice-chancelier adjoint (recherche) à l'Université Macquarie, a déclaré : "C'est un moment marquant dans la biologie synthétique. C'est la dernière pièce d'un puzzle qui occupe les chercheurs en biologie synthétique depuis de nombreuses années maintenant." Le professeur distingué Ian Paulsen, directeur du Centre d'excellence ARC en biologie synthétique, a souligné que la construction réussie du dernier chromosome synthétique complète une plateforme robuste pour l'ingénierie biologique, qui pourrait révolutionner la production de médicaments et de matériaux durables.
L'équipe de recherche a utilisé des outils spécialisés d'édition de gènes pour diagnostiquer et corriger les problèmes dans le chromosome synthétique qui entravaient la reproduction et la croissance de la levure dans des conditions difficiles. Ils ont constaté que le positionnement des marqueurs génétiques près de régions géniques incertaines perturbait involontairement l'activation des gènes essentiels, affectant particulièrement des processus comme le métabolisme du cuivre et la division cellulaire.
Le co-auteur principal, le Dr Hugh Goold du Département des industries primaires de NSW, a déclaré : "L'une de nos principales découvertes était que le positionnement des marqueurs génétiques pouvait perturber l'expression des gènes essentiels. Cette découverte a des implications importantes pour les futurs projets d'ingénierie génomique, aidant à établir des principes de conception applicables à d'autres organismes."
La réalisation du chromosome connu sous le nom de synXVI permet de nouvelles explorations en ingénierie métabolique et optimisation des souches. Le chromosome synthétique possède des caractéristiques permettant aux chercheurs de générer une diversité génétique à la demande, accélérant le développement de levures avec des capacités améliorées pour les applications biotechnologiques.
Le Dr Briardo Llorente, directeur scientifique de l'Australian Genome Foundry, a noté : "Le génome de levure synthétique représente un bond quantique dans notre capacité à ingénierie la biologie." La construction d'un chromosome synthétique aussi large a été facilitée par des instruments robotiques à l'Australian Genome Foundry, ouvrant la voie à des processus de biomasse plus efficaces et durables, allant des produits pharmaceutiques aux nouveaux matériaux.
La recherche fournit des informations précieuses pour les futurs projets de biologie synthétique, y compris des applications potentielles dans l'ingénierie des génomes de plantes et de mammifères. Les principes de conception de l'équipe pour les chromosomes synthétiques aideront d'autres chercheurs à éviter des éléments génétiques perturbateurs près des gènes critiques.