Les chercheurs de l'ETH ont développé une méthode qui permet de compresser puis de décompresser à nouveau de grandes quantités d'informations génétiques dans les cellules. Cela pourrait aider au développement de nouvelles thérapies.

Que faire si vous avez un document volumineux ou une image haute résolution trop grande pour être envoyée par e-mail ? Il vous suffit de le compresser à une taille plus gérable à l'aide d'un logiciel approprié. "Au lieu d'envoyer les informations 'blanc-blanc-blanc-blanc-blanc-...' pour chaque pixel sur une ligne blanche, seul le message 'blanc 1, 000 fois' est transmis, " explique Kobi Benenson, Responsable du groupe de biologie synthétique du département Sciences et ingénierie des biosystèmes de l'ETH à Bâle. Une fois reçu, les informations peuvent ensuite être remises à leur taille d'origine, c'est-à-dire décompressé.

Capacité de transport limitée

Cette méthode pour les fichiers numériques a inspiré Benenson et son collègue Nicolas Lapique pour développer une solution innovante pour les systèmes biologiques. Ils ont mis au point une méthode qui pourrait être utilisée pour compresser l'ADN du matériel génétique :il est compressé pour le transport dans les cellules, puis assemblé en une information génétique fonctionnelle une fois à l'intérieur de la cellule.

Ce type de solution pourrait être utile aux biologistes, notamment pour la biologie synthétique ou la biotechnologie, car les scientifiques sont limités lorsqu'ils essaient d'implanter de grandes quantités d'informations dans les cellules sous forme d'ADN. Le problème est que les véhicules de transport qui sont actuellement utilisés à cette fin ne peuvent être chargés qu'avec une quantité limitée d'ADN.

Supprimer les répétitions dans l'ADN

Le principe de base de cette compression d'ADN innovante est le même que celui de la compression d'un fichier numérique :« Les éléments qui reviennent souvent dans la séquence d'ADN à implanter ne sont transmis qu'une seule fois, " explique Benenson.

Par exemple, cela pourrait s'appliquer aux promoteurs - des sections de l'ADN qui régulent si et comment le gène associé est lu. Si l'ADN à transporter dans la cellule contient quatre gènes différents qui ont tous le même promoteur, il ne sera inclus qu'une seule fois.

Bien emballé et remonté à destination

Supprimer les redondances n'est pas tout, toutefois. Les chercheurs de l'ETH assemblent l'ADN à transporter dans la cellule selon des règles précises. Benenson parle d'"encodage compressé".

Les quatre gènes de notre exemple reçoivent d'abord un promoteur commun. Les chercheurs enchaînent les quatre séquences génétiques codantes de manière compacte sur le double brin d'ADN. Ils équipent le tout de séquences d'arrêt individuelles et - surtout - de différents sites de liaison pour une recombinase, une enzyme qui peut s'ouvrir, tourner, et réassembler les brins d'ADN.

« La recombinase prend le rôle du logiciel de décompression, " explique Benenson. Il garantit que les composants de l'ADN compressé sont assemblés en ordre de marche à l'intérieur de la cellule. Pour les quatre exemples de gènes, cela signifie que chacun recevra son propre promoteur une fois remonté.

Les programmes génétiques détectent les cellules tumorales

Benenson et Lapique ont pu démontrer que cette nouvelle méthode permet effectivement d'implanter de grands « programmes génétiques » dans des cellules de mammifères. "Ce sont des créations humaines et effectuent des tâches spécifiques au sein des cellules, " explique Benenson. En d'autres termes, ils comprennent tout un arsenal de composants biologiques tels que des protéines et des ARN qui agissent au sein de la cellule de manière coordonnée pour atteindre un objectif défini par les scientifiques. En biotechnologie, cette méthode permettrait la création de certaines substances complexes comme les principes actifs de médicaments.

le groupe de Benenson, cependant, travaille sur des programmes génétiques qui, espérons-le, maîtriseront des tâches beaucoup plus compliquées à l'avenir. L'une de ces tâches est le ciblage du cancer, ce qui signifie que le programme peut détecter des substances spécifiques, les marqueurs, dans une cellule. Selon la concentration, il décide si la cellule est saine ou s'il s'agit d'une cellule tumorale - que le programme serait alors en mesure d'éliminer de manière indépendante. Ce serait une sorte de solution tout-en-un pour lutter contre les tumeurs qui couvrirait l'examen, diagnostic et même traitement. Cette approche s'est avérée efficace sur des cultures cellulaires et le chercheur souhaite également la tester sur un modèle animal.

Des diagnostics plus précis grâce à de nouvelles méthodes

Avec les véhicules de livraison d'ADN actuellement disponibles, la précision de décider si une cellule est saine ou cancéreuse n'est toujours pas assez élevée, car il n'est pas possible d'appliquer suffisamment de marqueurs différents à la fois en raison de la quantité limitée d'ADN pouvant être transmise.

"Une combinaison de quatre à six marqueurs serait idéale, " explique Benenson. Afin de détecter tout cela, cependant, le nombre correspondant de capteurs est nécessaire pour reconnaître les substances marqueurs. Plus de capteurs - cela implique des protéines, ARN, et des composants d'ADN - signifierait également plus d'ADN qui doit être implanté dans la cellule en tant que plan des capteurs. Ils espèrent maintenant qu'un programme pourra utiliser cette nouvelle méthode de compression et de décompression d'ADN pour mettre en œuvre des capteurs supplémentaires et ainsi augmenter le taux de précision.

Emprunter aux technologies de l'information

Ce n'est pas un hasard si les programmes génétiques développés par Benenson et Lapique sont structurés de manière logique et fonctionnent de manière similaire aux programmes informatiques. « Nos recherches sont souvent inspirées de l'informatique et des technologies de l'information, " explique Benenson. Il aime très clairement sortir des sentiers battus. En ce qui concerne les nouvelles méthodes de transport de l'ADN, on peut dire sans se tromper :il est heureux que les pièces jointes aux e-mails soient soumises à des restrictions de taille.

L'étude est publiée dans Nature Nanotechnologie .