Qu'est-ce que la biologie de synthèse ? - Parlons peu parlons Science

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La biologie de synthèse fait partie de votre quotidien et vous ne le savez peut-être pas. Cette récente discipline est présente dans de nombreux domaines tels que l’industrie, la santé, l’énergie ou encore, l’agriculture.

Mais pour commencer, qu’est-ce que la biologie de synthèse ?

La biologie de synthèse, apparue au XXe siècle, est une des disciplines qui s’intéresse au monde du vivant. Elle mêle biologie, génie génétique, techniques chimiques et sciences de l’ingénieur (dont la modélisation mathématique et simulation par ordinateur). Elle permet de construire de façon fiable de nouveaux systèmes biologiques aux fonctions complexes.

Ces approches sont utilisées dans la Recherche pour percer les mystères liés à certains mécanismes, mais aussi dans l’industrie où des organismes sont génétiquement modifiés pour produire une molécule d’intérêt. Par exemple, des anticorps utilisés dans un vaccin pour lutter contre le lymphome (un cancer qui se développe à partir des cellules lymphatiques) sont produits en grande quantité chez des plants de tabac génétiquement modifiés.

Il existe deux approches majeures :

L’approche dite « top-down » consiste à simplifier un système biologique pré-existant pour en comprendre la base. Par exemple, ôter des protéines chaperonines permet de visualiser les effets d’une protéine endommagée dans une voie métabolique. Les chaperonines sont des protéines que l’on retrouve dans une cellule qui ont pour rôle d’assurer le repliement correct d’autres protéines, une étape indispensable au bon fonctionnement des protéines dans une cellule.
L’approche dite « bottom-up » consiste à construire des bio-briques, segments d’ADN modifiés à partir de séquences synthétisées ou existantes déjà chez l’organisme, dont les fonctions sont bien définies. Il s’agit ensuite de les assembler, tel un jeu de Lego, et observer le fonctionnement du système biologique obtenu. Cette démarche est mise en œuvre par des milliers de chercheurs et d’étudiants (concours annuel International Genetically Engineered Machine).

Quels sont les outils utilisés ?

Parmi les technologies clés de la biologie de synthèse, nous pouvons citer le séquençage de l’ADN et la bio-informatique. La combinaison des deux technologies permet, par exemple, d’identifier les positions et les fonctions de gènes d’intérêt. D’immenses banques de données sont disponibles, notamment National Center for Biotechnology Information (Ncbi) et Protein Data Bank (PDB), qui constituent une source d’information essentielle à la réalisation d’un projet de biologie de synthèse.

A quoi ça sert ?

La biologie de synthèse a déjà permis de nombreuses avancées.

Un premier exemple est la modification de Saccharomyces cerevisiae (levure de bière) dans le but d’augmenter la production d’acide artemisinique, précurseur du médicament anti-malaria (High-level semi-synthetic production of the potent antimalarial artemisinin, Nature, 2013). Ceci a permis de réduire de moitié les coûts et d’augmenter la disponibilité du médicament.
Un deuxième exemple concerne la production d’hydrocarbures. Les gènes d’E. coli ont été modifiés afin de permettre la synthèse de biofuel (Escherichia coliGenetic engineering of Escherichia coli for biofuel production, 2010). Son métabolisme a ensuite été amélioré pour produire ces hydrocarbures en plus grande quantité.

Le domaine de la biologie synthétique est actuellement en plein essor, surtout en France, aux États-Unis et au Japon. Il laisse entrevoir de nombreuses applications industrielles dans les domaines de la santé (thérapies plus efficaces), de l’énergie (biocarburants), des matériaux, de l’environnement (traitement des déchets) et de l’agriculture (cultures adaptées aux sols). Pleine de promesses, la biologie de synthèse continue de faire ses preuves.

La dernière avancée en biologie de synthèse date du 25 mars 2016, un article publié par Science (Design and synthesis of a minimal bacterial genome 2016) a fait un grand bruit dans le monde de la biologie de synthèse, en effet une équipe aux Etats-Unis a construit une cellule bactérienne avec le minimum de gènes nécessaire à la vie de la cellule. Cette étude permettrait ainsi d’avancer dans la compréhension de la fonction de nombreux gènes.

Maurene & Linejy d’iGEM Bordeaux.